산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2023.8 특집 요약 (p27~57)

SEAL 분해 프로젝트
BYD의 'SEAL'을 철저히 분해
모방인가 선진기술인가?

세계 전기자동차(EV) 시장이 커지고 있는 가운데 두각을 나타내고 있는 것이 중국의 비야디(BYD)이다. 2022년 EV 판매량에서는 미국 테슬라에 이어 2위를 기록했다. 일본을 포함한 세계 39개 국가 및 지역에서 승용차 사업을 전개하고 있는 BYD는 더 이상 일본 자동차 업체들이 무시할 수 없는 존재가 되었다.

그래서 닛케이BP는 BYD가 세계 전략 차량이라고 평가하는 중형 EV 세단 ‘SEAL’을 일본에서의 발매에 앞서 중국으로부터 입수해 분해 조사를 실시했다. 타사의 EV와 비교하면서 BYD의 실력을 탐색해본다.

Part 1. SEAL 상륙
배터리 업체에서 세계 2위의 EV 업체로, 도약하는 BYD의 세계 전략 차량의 수준은 어느 정도일까?

“지금, EV 시장에서 전세계 고객들이 요구하는 자동차. 그 중 하나가 SEAL이라고 생각한다”. 나고야(名古屋)대학 미래사회창조기구의 노나베(野辺) 객원 교수는 중국 BYD의 세계 전략 차량 ‘SEAL’을 이렇게 분석한다.

2,920mm의 긴 휠베이스에 기인하는 주행의 안정성과 550km라는 적절한 항속 거리. 그리고 370만엔(약 18만 9,800위안)부터 라는 가격은 “지금 EV를 사려고 하는 고객의 스위트 스팟에 적중하는 스펙”이라고 노나베 교수는 평가한다. 올해 말에는 일본에서도 판매될 예정이다.

닛케이BP의 분해 프로젝트 팀은 일본에서의 발매보다 먼저 중국으로부터 SEAL을 입수하기로 결정. 과연 세계 진출을 시작한 BYD의 기술은 모방인지 선진인지, 분해 조사를 통해 그 실력을 알아보기로 했다.

-- 급성장하는 BYD, 테슬라를 맹추격--
세계의 EV 시장이 계속 확대되고 있는 가운데, 두각을 나타내고 있는 BYD. 2022년의 세계 EV 판매 대수에서 BYD는 테슬라에 이은 2위에 등극, 약 86만 8,000대를 판매했다. 2021년보다 2배 이상 증가한 것이다.
 

이러한 기세는 올해 들어서도 계속 이어지고 있다. 중국 시장의 올 1분기 업체별 판매량에서 BYD는 처음으로 독일의 폭스바겐을 제치고 1위를 차지했다.

7월에는 1~6월의 EV 판매 대수가 전년 동기 대비 90% 증가한 약 62만 대를 기록했다고 발표. 여전히 테슬라(약 89만 대)의 뒤를 쫓는 형태이지만, 노나베 교수는 “앞으로 테슬라를 추월할 가능성도 충분하다”라고 보고 있다.

BYD는 세계 시장에도 진출하기 시작했다. 올 5월 기준으로 세계 39개 국가 및 지역에서 승용차 사업을 전개하고 있다. 일본 시장 진출은 2022년 7월에 발표. 올 1월에는 SUV형 EV ‘ATTO3’를 발매했다. 유럽 시장 진출도 2022년 10월에 발표했다.

일본 및 구미의 자동차 업체들과 한판 승부를 벌이게 될 BYD는 이제 더 이상 무시할 수 없는 존재가 되었다. 부품의 자체 제작 지향이 강하고 ECU(전자제어유닛)의 수를 축소한 전기/전자(E/E) 아키텍처를 채택하고 있다는 것은 공개 정보를 통해 알 수 있다. 이러한 사고방식은 테슬라에 가까워 보인다.

-- SEAL을 선택한 이유 --
이번 분해 대상으로 선택한 SEAL은 EV의 상위 차종으로, BYD의 최신 기술이 많이 담겨 있다.

BYD의 강점 중 하나는 배터리이다. 원래 BYD는 배터리 제조사로, 1995년에 창업. 현재, 차량용 배터리 제조사로서도 세계 시장점유율 상위를 차지하고 있다. SEAL에는 BYD의 최신 배터리인 인산철 리튬이온(LFP)계 리튬이온 2차전지 ‘블레이드 배터리(Blade Battery)’가 탑재되어 있다. 인산철 리튬이온계 배터리는 열 안정성이 높아 사이클 수명이 길다. 특히 EV에서는 구동 시에 큰 전력이 발생되기 때문에 열 안정성은 중요하다.

인산철 리튬이온계 배터리는 안전성을 높이기 쉬운 반면, 망간계와 삼원계에 비해 에너지 밀도가 낮다. 이것을 보완하기 위해 블레이드 배터리는 얇고 길며 평평한 형태의 배터리셀이 하나의 구조 부품으로 배터리팩에 탑재되어 있다.

또한 SEAL은 블레이드 배터리와 섀시를 통합한 BYD의 EV 전용 플랫폼 'e-Platform 3.0'이 채택. 배터리를 바닥 면에 배치해 무게 중심을 낮춰 차량 내 공간을 확대했다. 그 결과, 이전 세대인 ‘e-Platform 2.0’과 비교해 공간 이용률은 약 50% 증가했다.

BYD는 배터리 외에도 EV의 기간 부품인 구동용 모터와 인버터, ECU 등도 개발 및 제조하고 있다. 이러한 주요 부품들을 사용해 8개의 유닛을 일체화한 ‘8in1’ 타입의 전동 액슬을 자체적으로 제작해, SEAL의 후륜 측에 탑재했다(Part3 전동 액슬편, 참조).

구체적으로는, 구동모터와 변속기, 인버터, 차량 컨트롤러, 배터리관리시스템(BMS), DC-DC 컨버터, 차량용 충전기, 배전(配電)유닛(PDU)이 탑재되어 있다. 이러한 유닛의 집약으로 소형·경량화와 함께 비용 저감을 도모했다.

-- 열 매니지먼트 시스템에도 비용 저감 방식 채택 --
EV의 에어컨과 모터, 배터리 등을 적절한 온도로 유지하기 위한 열 매니지먼트 시스템에도 BYD의 비용 저감 의식이 나타나 있다(Part 4 열 매니지먼트 편, 참조).

EV의 열 매니지먼트 시스템은 최근에 배터리의 탑재 용량이 증가함에 따라 ‘물 집중형’이라고 불리는 열 매니지먼트 방식이 주류가 되고 있다고 한다. 이 방식은 모터나 배터리 등의 냉각/가열을 물(Coolant) 회로에 통합시킨 방식으로, 배터리 등의 갑작스러운 발열에 강하다고 알려져 있다. 테슬라의 ‘모델 Y’와 폭스바겐의 ‘ID.3’, 도요타자동차의 ‘bZ4X’는 이 방식이 채택되어 있다.

한편, SEAL은 9개의 솔레노이드 밸브를 일체화시킨 부품 ’노나밸브’를 사령탑으로 한 냉매 회로 중심의 열 매니지먼트 시스템이 구축되어 있다. 물 회로와 비교해 “급격한 온도 변화에 대한 대응이나 치밀한 온도 제어는 어렵지만, 보다 가볍고 비용을 억제할 수 있다”(BYD)라고 한다.

열 안정성이 뛰어난 인산철 리튬이온계 배터리이기 때문에 수냉 방식만큼 높은 냉각 성능이 필요 없어 비용 측면에서 우수한 냉매 직냉 방식을 선택할 수 있었다고 할 수 있다.

-- SEAL이 도착했다 --
올 3월 하순, 분해하기 위해 입수한 SEAL이 중국에서 이바라키(茨城) 현 히타치(日立) 항에 도착했다. BYD가 중국에서 판매하는 SEAL은 후륜구동과 사륜구동(4WD), 2종류의 구동방식이 있다. 이번에 프로젝트팀이 입수한 것은 최상급 등급인 4WD 버전이다.

4WD 버전은 최고 출력 160kW, 최대 토크 310N·m의 유도모터가 앞 바퀴 쪽에, 최고출력 230kW, 최대 토크 360N·m의 영구 자석식 동기모터가 뒷바퀴 쪽에 배치되어 있다. 배터리 용량은 82.5kWh이며 항속거리는 650km. 가격은 27만 9800위안으로 엔화로 환산하면 약 546만 엔이다. 전체 길이는 4,800mm, 전체 폭은 1875mm로, 테슬라 EV 세단 ‘모델S’와 ‘모델3’의 딱 중간 크기이다.

-- 쉽게 차멀미가 나는 것은 소프트웨어의 능력부족 때문일까? --
그렇다면 승차감은 어떨까? 프로젝트 팀이 시가지를 주행하면서 느낀 것은 쉽게 차멀미가 느껴진다는 점이다. EV는 가솔린차와 비교해 변속이 없는 만큼 가속이 빠르다. 가속이 빠르기 때문에 운전자가 거칠게 운전하지 않아도 동승자는 금세 멀미를 하게 된다.

엔진음이 울리지 않고 가속하기 때문에 '무음의 가속'에 몸이 익숙해지는 데도 시간이 걸린다. SEAL은 타사의 EV와 비교해도 쉽게 차멀미가 나는 것 같았다. 특히 뒷좌석은 도로 요철의 입력이 커 승차감은 좋지 않았다.

이어서 서킷에서도 주행해보았다. 서킷에서는 EV다운 날카로운 가속을 체감할 수 있었다. 정지에서 100km/h까지의 가속 시간은 3.8초로 빨랐다. 4WD이기 때문에 엑셀을 마음껏 밟아도 트랙션이 손상되지 않았고, 코너도 안정적으로 달릴 수 있었다. 다만 가속에 대해 익숙하지 않은 탓인지 운전시에도 멀미가 났다.

차멀미의 원인은 일률적으로 말할 수 없지만, 하나의 요인으로는 “자동차의 움직임이 탑승자의 기대에 어긋날 때에 자주 멀미가 난다”(노나베 교수)라고 한다. 운전 조작에 대해 기대에 어긋나는 움직임을 하는 것은 “모터와 타이어 등 힘의 전달 관계 뿐만이 아니라, 스태빌리티 컨트롤 등 자동차의 동작을 제어하는 소프트웨어 성능이 약하다는 것을 말해주는 것”(노나베 교수)이라고 추측된다.

급성장하고 있는 BYD의 기술은 테슬라와 일본 및 유럽의 자동차 업체와 비교해 어디까지 도달했을까? Part 2. 이후에는 배터리, 전동 액슬, 열 매니지먼트를 분석해 BYD의 실력을 밝혀보겠다.

Part 2. 배터리편
바디 구조의 일부인 배터리팩 때문에 너무도 어려웠던 분해 작업, 리사이클과는 상성 나빠

-- 탑재 효과를 높이는 ‘Cell to Body’ 기술 --
“일단 배터리부터 떼어내 볼까요? 밑면의 볼트로만 고정되어 있는 것 같아요." 중국 BYD의 EV인 'SEAL'의 분해 조사가 시작되었다.

말할 것도 없이 배터리는 EV의 성능을 크게 좌우하는 중요한 부품이다. 에너지 밀도 향상을 위한 재료 개발은 지속적으로 추진되고 있지만, 급속도로 향상되지 않고 있다. 항속거리를 연장하는 현실해로는 “배터리의 탑재 효율을 높여 최대한 대용량을 도입하는 것”(어느 자동차회사의 EV 기술자)으로, 이를 위해 자동차회사들이 기술개발 경쟁을 펼치고 있다.

이러한 상황 속에서 BYD가 SEAL에 적용한 기술이 ‘Cell to Body(CTB)’이다. 배터리팩에 차체 구조체로서의 역할을 부여함으로써 부품 수를 줄여 공간을 확보해 보다 많은 배터리셀을 탑재할 수 있도록 했다고 한다.

Part 3. 전동 액슬 편
‘8in1’으로 소형·경량·저비용 실현, 앞서 있는 파워트레인 통합화

-- 적은 고전압 케이블에서 눈에 띄는 폭스바겐과의 차이 --
BYD의 독자적 배터리인 ‘블레이드 배터리’와 어깨를 나란히 하는 ‘SEAL’의 주력 부품이 바로 전동 액슬이다. 닛케이BP가 분해한 것은 사륜구동(4WD) 모델로, 전∙후륜에 전동 액슬이 1개씩 탑재되어 있었다. 우선 주목해야 할 뒷바퀴 쪽 전동 액슬부터 살펴본다.

Part 4. 열 매니지먼트 편
테슬라의 ‘옥토’를 뛰어넘는 ‘노나’ 밸브가 핵심, 8가지 모드로 냉각과 가열을 조절

-- 열의 사령탑 ‘노나 밸브’는 어떻게 작동될까? --
SEAL를 분해하는 과정에서 프론트 후드 아래의 모터 룸에서 매우 색다른 큰 사이즈의 부품이 모습을 드러냈다. 여러 개의 냉매 배관과 냉각수 호스가 접속된 이 부품은 SEAL의 열 매니지먼트 시스템의 핵심이다. EV 전체의 열을 낭비 없이 활용하면서 에어컨 및 배터리 온도를 최적으로 유지하는 역할을 맡고 있다.

 -- 끝 --

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목차

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특집1
모방인가 선진 기술인가?
BYD의 ‘SEAL’의 철저한 분해

PART 1. SEAL 상륙
배터리 제조사에서 세계 2위의 EV 제조사로, 비약하는 BYD의 세계 전략 차량 수준은 어느 정도일까?

PART 2. 배터리 편
보디 구조를 겸한 배터리팩으로 인해 너무도 어려웠던 분해, 리사이클과는 상성이 나빠

PART 3. 전동 액슬 편
‘8in1’으로 소형∙경량∙저비용, 선도하는 파워트레인 통합화

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