일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.9.14

독일 플라잉카 스타트업 볼로콥터
'배터리에 주력' 'SiC도 검토'

‘플라잉카’라고 불리는 전동수직이착륙(eVTOL)기의 연구 개발이 전 세계적으로 활발하다. 유럽에서는 독일 에어택시 기업 볼로콥터(Volocopter)가 앞서고 있다. 2023년 1월에 새로운 최고기술책임자(CTO)로서 취임한 Sebastian Mores 씨에게 eVTOL기의 요소 기술 개발과 연구 개발 체제 등에 대해 물었다. 요점을 5가지로 정리해 소개한다.

① 3개의 기체를 개발
볼로콥터가 개발하고 있는 기체는 크게 3가지다. 2인승인 'VoloCity', 4~5인승인 'VoloRegion', 그리고 물류용 대형 드론인 'VoloDrone'이다. 게다가 VoloCity는 몇 가지 버전을 검토하고 있다고 한다.

VoloCity는 도시 내 근거리 이동용으로 항속거리는 35㎞이다. VoloRegion은 도시 간 이동도 염두에 두고 있어 항속거리 100km를 목표로 하고 있다.

볼로콥터는 VoloCity에 대해 유럽항공안전청(EASA)으로부터 인증을 받은 뒤 24년에 상용서비스를 시작하는 것을 목표로 하고 있다. VoloRegion은 그보다 조금 후인 26~28년의 실용화를 목표로 연구 개발 중이다.

VoloCity는 조기 인증을 받기 위해 기체를 가급적 단순화했다고 한다. 사회 수용성을 높이기 위해 소음을 억제했다. 그동안 공공 환경에서 비행시험을 반복하며 소음에 문제가 없음을 확인했다고 한다. 예를 들면, “독일 슈투트가르트에서 주민들의 평가를 받은 결과, 50m 이상의 상공이라면 소음이 거의 들리지 않는다는 의견을 받았다”(Mores 씨).

물론 안전성을 중시하고 있다. 회전날개는 18개, 2차전지(배터리) 팩은 9개로 리던던시를 부여했다.

② 배터리의 연구개발에 주력
eVTOL기 요소 기술은 전동 추진계에 이용하는 모터나 모터를 구동하는 인버터, 전력원이 되는 배터리, 기체를 제어하는 플라이트 컨트롤러 등이다. 아울러 여러 기체의 상태와 운항 등을 관리하는 시스템도 개발 중이다.

특히 배터리의 연구개발에 주력한다. “현시점에서 우리의 요구를 충족시키는 배터리 팩을 만들 수 있는 기업이 아직 없다는 판단에서다”(Mores 씨).

볼로콥터가 이용하고 있는 배터리 셀의 중량 에너지 밀도는 약 270Wh/kg이다. 더 높은 수치의 셀도 있지만 “어떤 배터리를 탑재할지는 비즈니스 모델을 고려해야 한다. 우리는 비교적 단거리 노선부터 시작해, 서서히 시장에 받아들여진 후에 거리를 늘려 나갈 생각이다”(Mores 씨). 즉, VoloCity의 이용 케이스에서는 270Wh/kg가 맞는다는 것이다.

VoloCity에서는 급속 충전이 아닌 만충전한 배터리를 교체하는 방식을 취한다. 볼로콥터는 10분 이내에 만충전하는 것을 목표로 하고 있다. 이처럼 단시간에 급속 충전을 하려면 발열량이 커져 기체에 싣는 냉각시스템이 크고 무거워진다.

기체 내의 충전기(On Board Charger)의 인증을 얻는 것도 허들이 높아진다고 한다. 그래서 배터리 교환 방식을 채택했다. 현재로서는 사람이 직접 교환하지만 머지않아 자동화할 계획이다.

③ 모터는 토크 밀도를 중시
eVTOL기용으로 모터의 연구개발에도 주력한다. 중요하게 생각하는 것은 무게당 토크 밀도다. eVTOL기 용도에서는 회전속도가 느리고 그만큼 큰 토크가 요구된다. 다만 회전속도가 느릴수록 모터 효율이 떨어지기 쉽다. 그래서 고효율화도 과제가 된다.

VoloCity에서는 VoloCity 전용으로 설계한 모터를 공급업체로부터 구입하고 있다. VoloRegion에 탑재할 예정인 차세대 모터는 VoloCity에서 얻은 각종 지식을 바탕으로 개발 중이다. VoloRegion용 모터의 시제품이 완성되면, 공급업체에 제조를 위탁할지 볼로콥터에서 자체 제작할지 검토한다고 한다.

인버터 개발도 추진한다. 효율은 이미 90%대로 높지만 고효율화와 경량화를 위해 인버터에 실리콘 카바이드(SiC)의 파워반도체 소자 이용도 검토하고 있다. 비행 컨트롤러를 위한 소프트웨어 개발에도 주력한다. 비행 시험을 반복하면서 코드를 계속 개량하고 있다고 한다.

④ 생산 설비를 개설
기체 생산 준비도 착착 진행하고 있다. 2023년 4월, 본사가 있는 독일 브루흐잘에 생산 시설을 새로 마련했다. 시험비행이나 품질검사 등을 하기 위한 비행장을 같이 만들었다.

여기서 VoloCity를 생산한다. 앞으로 연 50대 이상을 생산할 수 있는 능력을 구축할 예정이다. 우선 23년에 5대 정도를 만들 생각이라고 한다. 일단 브루흐잘의 생산거점 출범에 성공하면 이를 바탕으로 각지에 생산거점을 마련할 생각이다.

VoloRegion에 관해서는 독일 뮌헨 거점에서 개발을 진행하고 있다. 개발팀은 출범 당시 수명에 불과했으나 23년 5월 현재 이미 100명 정도가 됐다. 뮌헨에 거점을 두고 있는 이유는 모터와 배터리 등의 분야에서 우수한 기술자를 확보하기 위해서다. 뮌헨에는 저명한 공과대학과 대형 자동차회사 거점 등이 있어 인력은 풍부하다.

⑤ 상용 서비스는 파리에서
24년에 상용서비스를 시작하는 것이 목표이며, 첫 도시는 프랑스 파리다. 다음으로 이탈리아 로마를 생각하고 있다. 유럽 외에서는 싱가포르에서 준비를 진행하고 있다. 일본에서의 서비스도 검토 중이다. 우선 ‘Point-to-Point’의 형태로 이동한다.

상용 서비스에 앞서 여러 기체의 상태와 운항 등을 관리하는 시스템 ‘볼로IQ’를 통해 티켓 예매가 가능하도록 한다. 티켓 예약이나 관리 등을 위해 앱도 준비한다. 이 앱에서 복수의 이동 수단을 이용해 목적지에 도착할 수 있도록 하는 ‘멀티모달화’에 머지않아 대응하는 것도 검토하고 있다.

■ 키워드: eVTOL기(전동수직이착륙기)
전력으로 움직이는 모터로 회전날개를 구동해 수직 방향으로 이착륙하는 항공기를 말한다. 기존 항공기에 비해 자동차처럼 간편하게 이용할 수 있어 '플라잉카'라고도 불린다.

eVTOL기는 도시의 이동수단, 이른바 ‘UAM(도시형 항공교통시스템)’에서 주로 이용된다. 도시의 중심과 가장 가까운 공항을 연결하는 단거리 노선과, 도시와 도시를 연결하는 장거리 노선을 상정하고 있다. 모두 자동차에 비해 정체가 없고 고속으로 이동할 수 있는 것이 장점이다.

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