일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.1.15

테슬라・BYD가 그리는 미래
BYD가 은밀히 축적하고 있는 엔진 기술
'4%'에서 찾아낸 '희박연소'

“자체 개발이라고 주장하지만 외관이나 내장 모두 도요타자동차의 ‘코롤라’를 빼다 박았다. 후미등은 혼다의 ‘피트 아리아’를 닮았다”.

이는 ‘닛케이 Automotive Technology 2005년 여름호’에 실린 한 문장이다. 2005년 4월에 열린 ‘상하이 모터쇼’의 보고기사에서 중국 BYD의 신형 세단 ‘F3’에 대해 이렇게 평가했다.

“우연이라고 하기에는 너무 닮았다. BYD가 철저하게 미국 테슬라를 연구했다는 것을 엿볼 수 있다”. 이는 ‘닛케이 크로스테크’가 23년 6월에 공개한 기사의 한 부분이다. BYD의 전기자동차(EV) ‘SEAL’의 분해 조사를 통해, 보디계 ECU(전자제어유닛)의 구성이 테슬라의 ‘모델 3’와 흡사한 것을 밝혀냈다.

도요타를 통해 배우고, 테슬라를 연구하며 성장해 온 BYD는 2023년 8월에 신에너지차(NEV)의 누적 생산 대수가 500만대에 도달했다고 발표했다. EV나 플러그인하이브리드차(PHEV), 연료전지차(FCV) 등으로 이루어진 NEV를 500만대 생산한 것은 “자동차 업체로는 세계 최초다”(BYD).

BYD에는 늘 ‘모방’이라는 말이 따라다닌다. 앞으로는 고급차 브랜드 ‘양왕’의 전개나 세계 시장 진출 등을 목표하고 있어 자체 기술 개발 능력이 강하게 요구된다. 2003년에 자동차 사업에 뛰어든 지 20여 년, 홀로 서야 하는 시기에 접어들었다.

-- 도요타와 테슬라를 ‘선생님’으로 --
BYD의 20여년을 돌아보면 기술 축적에 주력한 시기가 두 번 있었다. 특허 정보를 제공하는 Patentfield(교토시)의 검색 툴을 사용해, 복수의 나라에 출원한 동일 특허를 1건으로 카운트하는 ‘특허 패밀리’ 단위로 BYD의 특허를 정리했다.

누계(2023년 12월 시점) 1만 4000건 가까운 특허가 있다. 출원 연도별로 특허 건수를 분석하니 2개의 ‘산’이 나왔다. 또한 특허는 출원일(우선일)로부터 1년 반 후에 공개되기 때문에 직전 출원 건수는 실제보다 적게 표시된다.

첫 번째 산은 2004년부터 2008년까지의 기간이다. 도요타를 ‘선생님’이라고 정하고 F3를 설계하고 있던 무렵이다. 그 후에 세계 최초의 양산 PHEV인 ‘F3DM’의 발매를 위해 전동 파워트레인 기술의 개발을 서둘렀다.

두 번째 산은 2015년부터 2018년까지의 기간이다. BYD 최초의 EV 전용 플랫폼(PF) ‘e-Platform 1.0’의 실용화를 위해 EV를 구성하는 배터리나 모터, 열관리시스템, 보디 등의 기술을 축적했다. 두 번째 산의 계기가 된 것은 테슬라가 2012년에 판매를 시작한 EV ‘모델S’일 것이다. EV의 '선생님'이 만든 차량을 철저하게 분석해 e-Platform 1.0 개발로 연결한 것으로 보인다.

e-Platform 1.0을 공개한 이후에도 BYD는 EV 관련 기술을 계속해서 개발하고 있다. 2021년에는 자체 구조의 리튬이온 배터리 ‘블레이드 배터리’나, 그것을 탑재하는 EV 전용 PF의 제3세대품 ‘e-Platform 3.0’ 등을 발표했다. 2022년에 내연기관차의 생산 종료를 선언하면서 연구개발 테마는 더욱 EV 관련으로 집중시킬 것으로 보였지만 사실은 달랐다.

BYD는 지금 엔진 개발에 본격적으로 나서고 있다. 2023년에는 엔진의 열효율을 높이는 희박 연소(Lean-Burn) 관련 특허가 미국, 호주, 브라질 등에서 연달아 공개되었다. 큰 목적은 EV 시장의 성장 속도가 느려졌을 때를 대비하기 위해서다. BYD의 단단함이 엿보였다.

-- Lean-Burn의 왕도 기술을 준비중 --
BYD가 출원해온 엔진 관련 특허는 600건 정도로 전체 특허의 약 4%다. 누계 1만 4000건 가까운 특허 패밀리를 보유한 BYD의 입장에서는 적은 수치다. 그럼에도 자동차 사업을 시작한 2003년부터 끊김 없이 특허 출원을 계속하고 있어, 2023년에는 증가 경향을 볼 수 있었다.

중국과 유럽을 중심으로 EV 보조금 중단과 축소가 한창 논의되고 있다. EV에만 의존하는 자동차 업체들은 이미 영향을 받고 있어 실적이 악화되고 있다. 게다가 에너지 사정은 지역마다 다르기 때문에 EV와는 궁합이 맞지 않는 곳도 있다. BYD는 이러한 상황을 고려해 연비 성능이 뛰어난 PHEV나 하이브리드차(HEV)를 준비한다. 엔진 탑재 차량은 신흥국을 포함한 세계 시장을 공략하는 데 필수적이다.

엔진의 열효율을 높이는 수단으로서 BYD가 특허 공개한 기술의 하나가 ‘프리챔버(pre-chamber, 부연소실)’다. 중국에서는 2021년에 특허 출원했지만, 미국에서는 얼마 전인 2023년 11월 30일에 공개되었다. 미국 공개번호는 'US 2023/0383712 A1'이다.

프리챔버는 가솔린 엔진의 열효율을 비약적으로 높이는 Lean-Burn의 실현 수단으로 자동차업체들이 개발하는 기술이다. 점화플러그의 끝을 프리챔버라고 부르는 작은 방에 넣고 불을 붙이는 것이다. 프리챔버에 설치한 여러 개의 작은 구멍을 통과한 고속 화염이 주연소실로 퍼져 초희박한 혼합기체를 태울 수 있다.

중국 최대 민영 자동차업체인 지리(Geely)가 최고 열효율 46%를 달성한 엔진도 프리챔버 기술을 사용한다. 참고로 이 엔진은 DHE(Dedicated Hybrid Engine)라고 불리는 HEV 전용이다. Geely는 연구개발 중인 엔진으로 46%를 구현했으며 제품화를 서두른다.

-- 세번째 ‘산’을 만들 수 있을까? --
Lean-Burn의 실현을 위해 BYD는 ‘텀블(Tumble)’의 강화에도 힘을 쓴다. 텀블은 기통 안에 넣는 공기의 버티컬 보텍스로, 강하게 하면 피스톤 압축 시 혼합기체의 흐트러짐이 강해져 연소를 촉진할 수 있다. Lean-Burn의 과제인 연소 속도의 저하를 억제하는데 기여한다.

텀블 강화도 자동차업체들이 개발하고 있는 기술이다. 특히 닛산자동차는 최고 열효율 50%를 달성하는 수단으로 텀블 강화를 중시해 ‘STARC(Strong Tumble and Appropriately stretched Robustignition Channel)’라고 이름 붙인 자체 연소기법의 핵심으로 삼았다.

도요타나 테슬라를 선생님 삼아 기술을 축적해 온 BYD는 엔진 개발에서는 누구를 선생님으로 삼을까? 세계의 자동차 업계를 견인하는 존재를 목표로 한다면, 자체 개발을 강화하고, 출원 특허 건수로 3번째 ‘산’을 만드는 기개도 필요할 것이다. BYD가 택한 길은 몇 년 후의 특허 분석으로 확실해질 것이다.

 -- 끝 --

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