일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.7.28

폭스바겐 EV ‘ID.3’의 철저 분해
VW, ‘ID.3’ 본체는 대부분 ‘철’을 사용해 비용 절감
알루미늄 합금으로 측면 충돌 대책

항속 거리보다 코스트를 우선---. 독일 폭스바겐의 전기 자동차(EV) ‘ID.3’의 본체와 외판의 금속재료를 분석한 결론은 ‘대부분 철’이라는 것이다. 많은 자동차 회사들이 경량화를 위해 EV에 알루미늄 합금을 사용하고 있다. 폭스바겐의 신세대 EV는 이러한 흐름에 역행해 강판을 다용(多用)하는 가솔린차 시대부터의 전통을 답습했다.

-- 리프를 분해해 알아냈다! 비용과 항속거리를 최우선, 알루미늄 부품은 없어 --
닛케이BP가 지금까지 분해해서 조사한 EV와 비교해 보면, ID.3는 닛산자동차의 2세대 ‘리프’와 금속재료의 사용 방법이 비슷하다. 리프는 1세대부터 플랫폼을 유용(流用)해 왔지만, 외장품 등에 도입해왔던 알루미늄 합금 부품을 강판으로 전환했다.

구체적으로는 프런트후드나 프런트도어, 리어도어, 범퍼빔(범퍼 레인포스먼트)이 1세대 리프에서는 알루미늄 합금이었다. 이에 반해 2세대에서는 성형성이 뛰어난 440MPa급, 또는 그 이하의 고장력 강판(High Strength Steel)을 프런트후드와 프런트도어, 리어도어에 사용했다. 범퍼빔은 강도와 경량화를 위해 1500MPa급 초고장력 강판을 사용했다.

-- 테슬라, 알루미늄에서 강판으로 되돌아가 --
미국 테슬라의 모델3는 알루미늄 합금과 강판을 골고루 사용했다. 외판을 중심으로 알루미늄 합금 부품을 채택했으며, 골격에는 980MPa급 이상의 초고장력 강판을 도입했다. 외판에서는 프런트후드와 전후의 펜더, 전후 좌우의 도어, 짐칸 도어에 알루미늄 합금을 사용했다. 이러한 부위들에 알루미늄 합금을 도입한 것은 테슬라의 고급 EV 모델S와 같다.

한편, 모델3은 비용 증가를 최소화하면서 전방, 후방, 측면의 충돌 안전에 대응하기 위해 골격에는 알루미늄 합금을 사용하지 않고 초고장력 강판을 도입했다. 전방 충돌 대응에서는 프런트프레임이 초고장력 강판이다. 하지만 프런트프레임의 끝부분은 알루미늄 합금으로 했다. 전면 충돌 시 이 끝부분이 변형되어 충격 에너지를 효율적으로 흡수하기 위함이다.
 

---알루미늄 합금 비중 낮춰 비용을 우선시 --
골격에서부터 도어, 프런트 후드까지, 본체 및 외판의 금속 재료를 강판으로 한 ID.3. 폭스바겐의 디스 사장은 “기술의 진보와 규모의 확대로 EV는 점차 저렴해져, 이동 코스트는(내연기관차 중심의) 지금보다 낮아질 것이다”라고 주장한다. 향후 2~3년 안에 EV 수익이 내연기관(ICE)차량과 같아지도록 하겠다는 폭스바겐의 야심찬 목표를 달성하려면, 고비용의 알루미늄 합금을 다용할 수는 없었던 것 같다.

하지만, 세밀하게 분석해 보면, 골격 부분에 알루미늄 합금이 숨겨져 있다는 것을 알 수 있다.

그것은 바로 좌우 도어 아래 프레임인 사이드실(사이드스텝)이다. 초고장력 강판의 핫 스탬프(열간 프레스)로 성형한 사이드실 안쪽에 알루미늄 합금의 압출재가 포함되어 있다. 폭스바겐이 ‘하이브리드 실’이라고 부르는 이 압출재의 목적은 ‘측면 충돌로부터 탑승자와 배터리를 지키는 것’(폭스바겐)이다.

탑승자 보호에 관련해 자동차 회사들은 유럽의 자동차 평가 프로그램 ‘Euro NCAP’에 대한 대응을 중시해왔다. Euro NCAP의 측면 충돌 시험에서 어려운 것은 ‘폴 충돌 시험’이라고 불리는 것. 운전석 중앙 부근(센터필러 주변)에 물체가 부딪치는 통상적인 측면 충돌 시험보다 조건이 까다롭다.

폴 충돌 시험에서는 운전석 도어 중앙 부근에 폴이 부딪친다. ID.3는 핫 스탬프와 알루미늄 합금이 결합된 하이브리드 실로 충격 하중을 견딜 수 있도록 했다. 이러한 구조를 채택함으로써 ID.3는 Euro NCAP의 충돌 안전 시험에서 별 다섯 개를 획득할 수 있었다.

배터리를 보호하는 것도 하이브리드 실의 역할이다. 측면 충돌에 의해 배터리 팩이 변형되면 발화의 위험성이 높아진다. 또한 변형된 배터리 팩을 통째로 교체할 경우 수리 비용도 늘어난다. ID.3에는 배터리 팩에도 알루미늄 합금으로 만든 보강 부재를 도입해 사이드 실과 이중으로 충돌에 대비했다.

-- 표면 코팅으로 부식 방지 --
사이드 실의 핫 스탬프와 알루미늄 합금은 구조용 접착제로 접합되어 있다. 이때 가장 시급한 것이 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion, 이종금속 부식)에 대한 대책이다. 갈바닉 부식이란 다른 종류의 금속 재료가 액체 속에서 접촉했을 때 생기는 부식 현상이다. 특히 알루미늄 합금과 같이 이온화 경향이 큰 금속이 있을 경우 부식되기 쉽다.

폭스바겐은 이에 대한 대책으로 사이드 실에 사용되는 핫 스탬프의 표면을 알루미늄-실리콘계 재료로 코팅하고, 핫 스탬프와 알루미늄 합금이 닿을 가능성이 있는 부분을 “왁스를 도포해 보호했다”(폭스바겐)라고 한다.

 -- 끝 --

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