고효율 휠 베어링과 변속기 베어링, 지능형 고집적 열 관리 시스템 등 개발 추진

글로벌 자동차 및 산업기계용 정밀부품과 시스템 공급업체인 셰플러 그룹이 ‘휠베어링’, ‘변속기 베어링’, ‘전기액슬’, ‘히트펌프’ 분야에서 전기차의 주행거리를 늘리는 혁신 솔루션 개발에 적극 나서고 있다고 밝혔다.

셰플러는 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있는 주요 방법 중 하나로 마찰 손실을 획기적으로 줄여주는 트리피니티(TriFinity) 휠 베어링을 개발했다. 휠 베어링은 전기 자동차의 섀시에 들어가는 부품으로, 휠이 높은 기계적 하중에서도 저항을 최소화하여 회전할 수 있도록 드라이브 샤프트 및 액슬을 유도하고 지지하는 역할을 한다. 휠 베어링은 정상적인 주행 작동 시 엄청난 하중을 받으며, 일반적으로 18만 킬로미터(km)를 주행할 때마다 약 1억 회 회전한다.

셰플러의 트리피니티(TriFinity) 휠 베어링은 기존 베어링과 비교해 마찰 손실을 무려 67%나 줄인다. 이는 200와트(W) 이상 절약되며, 120kWh 배터리 용량을 갖춘 전기 SUV의 경우 약 20km의 추가 주행거리를 확보할 수 있는 수준이다. 또한, 전비 및 주행 가능거리를 희생하지 않고도 겨울철 난방 시스템으로 소모되는 전기를 추가 확보된 200와트를 이용해 여유롭게 사용 가능한 것이 특징이다.

또한, 셰플러의 3열 휠베어링은 표준 2열 볼베어링과 비교해 크기는 동일하지만 약 10%의 중량 저감 효과가 있으며, 사용 수명도 더 길다. 그 밖에 강성이 20% 이상 높기 때문에 전달할 수 있는 액슬 하중이 더욱 높아 특히 대형 전기 자동차에 유리하다.

셰플러 고효율 변속기 베어링은 마찰을 크게 줄여 기존 베어링 솔루션과 비교해 약 50와트(Wh)까지 에너지를 절약할 수 있다. 이렇게 절약된 에너지는 주행거리 증가로 이어진다. 셰플러 EV 변속기 베어링은 전기 구동식 변속기 입력 샤프트의 높은 회전 속도에 맞춰 조정이 가능하기 때문에 부하를 최적의 상태로 조절할 수 있다.

열 관리도 주행거리를 늘리는 데 효과적인 방법이다. 셰플러 ‘4in1 전기액슬(4in1 e-Axle)’은 전기모터와 전력 변환장치, 변속기에 더해 열 관리 시스템까지 하나로 통합했다. 불필요한 호스와 케이블을 제거하여 에너지 손실이 비교적 적으며, 부품이 적기 때문에 중량이 적을 뿐만 아니라 차량 제조사에서 탑재하기도 쉽다.

또 배터리를 포함해 파워트레인을 적정 온도로 유지하기 때문에 주행거리가 길고 충전 속도도 빠르다. 4가지 서브 시스템의 상호작용에 최적화되어 있어, 75킬로와트 배터리가 장착된 소형 전기차로 100킬로미터를 주행할 때마다 약 1킬로와트의 전기를 절약할 수 있다. 주행거리로 환산하면 7%가 늘어나 약 36킬로미터를 더 주행할 수 있는 셈이다.

셰플러 히트 펌프는 주변 공기에서 발생하는 열 에너지와 모터, 파워 일렉트로닉스 및 배터리에서 발생하는 폐열을 가용 난방열로 전환하여 배터리 전력을 아낄 수 있기 때문에 동절기에 더욱 효과적이다. 75킬로와트(kWh) 배터리와 분산형 열 관리 시스템이 장착된 소형 전기차와 비교했을 때, ‘4in1 전기액슬(4in1 e-Axle)’과 히트펌프 시스템까지 장착된 소형 전기차는 100킬로미터를 주행할 때마다 약 4kWh의 에너지를 절약할 수 있다.

자율주행 기술이 고도화되면서 전기차에는 모터 뿐만 아니라 편의 장치 등에 사용되는 더 많은 배터리 용량이 필요하다. 이에 셰플러의 전기차 주행거리를 늘리는 혁신 솔루션은 전기차 배터리 용량의 증대가 요구되는 가운데 전기차 보급 확대 및 차세대 전기차 기술 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

셰플러 오토모티브 테크놀로지 사업부의 마티아스 징크(Matthias Zink)는 “셰플러는 전기차의 주행 거리에 대한 고민을 해결할 솔루션을 계속해서 연구, 개발하고 있다”며 “파워트레인을 완전히 전기화 할 수 있는 스마트 기술 솔루션과 광범위한 구성품 및 시스템들이 전력 소모를 줄이고 주행 거리를 늘려 일상에서 전기 자동차를 주행할 수 있는 실용성을 높이고 있다”고 전했다.