-113㎾h급 LG엔솔 리튬이온 배터리 탑재
-600㎾ 회생제동과 혁신 냉각기술 적용
포르쉐가 지난 24일 글로벌 미디어를 대상으로 카이엔 일렉트릭의 각종 신기술을 살펴볼 수 있는 자리를 마련했다. 이 곳에서 회사는 최고 1000마력을 발휘하는 파워트레인을 비롯해 최신 디지털 기술 등을 소개하며 신차에 대한 기대를 높였다. 특히, 강력한 성능을 낼 수 있게 도움을 주는 고전압 배터리 시스템은 사람들의 주목을 이끌었으며 기술 혁신의 선봉장 역할을 했다. 막시밀리안 뮐러 포르쉐 카이엔 에너지 시스템 매니저를 직접 만나 이야기를 들으며 기술 변화의 특징을 살펴봤다.
먼저, 카이엔 일렉트릭에는 총 113㎾h급 LG에너지솔루션 리튬이온 배터리가 기본이다. 여기에 800V 기술과 고효율 구동 시스템을 결합해 600㎞ 이상의 주행 거리를 확보할 수 있어 장거리 주행에 이상적이다. 타이칸과 비교 시 카이엔 일렉트릭의 배터리는 셀 수는 적지만 용량은 훨씬 더 크다. 실제로 타이칸은 최대 32개 모듈과 총 384개의 작은 셀을 사용하는 반면, 카이엔 일렉트릭은 6개 모듈과 192개의 큰 셀을 갖춘 배터리를 탑재한다.
셀 자체는 파우치 셀 타입이다. 유연한 알루미늄-폴리머 필름이 전극 스택을 감싸고 있다. 음극은 주로 흑연으로 이루어져 있고 실리콘이 6% 함유돼 있다. 흑연 소재로 만든 음극은 높은 기계적 안정성과 강한 사이클 안정성을 갖추고 있다. 실리콘은 비에너지 밀도와 고속 충전 능력을 높인다. 양극에는 니켈-망간-코발트-알루미늄 (NMCA)이 쓰인다. 가능한 한 최상의 에너지 밀도를 달성할 수 있도록 NMCA 소재에는 86% 함량으로 높은 비율의 니켈이 쓰인다. 알루미늄을 추가해 쓰면 에너지 밀도가 높아지고 전기적 안정성이 높아져 셀의 수명에 긍정적 영향을 준다. 결과적으로 카이엔 일렉트릭에 쓰인 배터리의 에너지 밀도는 타이칸보다 약 7% 더 높다.
또 한가지 특징은 ‘기능 통합형’ 고전압 배터리를 채택한 것이다. 모듈 투 섀시 설계 덕분에 배터리는 차체의 일부로서 에너지 저장 이외에도 다른 기능을 수행한다. 이러한 접근 방식은 무게를 줄이고 실내 공간을 더 여유롭게 만든다. 2세대 타이칸과 비교하면, 고전압 배터리와 셀이 차지하는 공간을 12% 개선했다. 기능 통합형 배터리는 차체 강성을 높이고 무게중심을 훨씬 더 낮춘다. 결과적으로 카이엔 일렉트릭은 더 즉각적이고 민첩하게 반응한다. 또 다른 이점 중 하나는 높아진 안전성이다. 배터리 모듈은 특수 압출 프로파일로 만들어져 충돌 시 충격 에너지를 효과적으로 흡수한다.
높은 충전 성능과 긴 수명에도 크게 기여한다. 여기에는 고전압 배터리의 냉각 전략이 주효했다. 신형 카이엔에 쓰인 시스템에는 처음으로 두 개의 냉각판을 설치했다. 필요에 따라 위와 아래에서 배터리를 냉각하거나 가열함으로써 적정 온도에 더 효과적으로 이를 수 있다. 냉각 용량은 대략 가정용 대형 냉장고 10대의 성능에 해당한다. 새로 설치한 팬 역시 효율적이다. 기존 흡입 팬보다 에너지 소비량은 약 15% 적다.
충전도 매우 빨라졌다. 급속충전 속도는 최대 400㎾에 이르며 배터리 잔량(SoC) 10%에서 80%까지 충전하는 데 15분이 조금 넘는 시간이 걸릴 뿐이다. 또 SoC가 약 55%에 이를 때까지 충전 전력은 350㎾ 이상을 유지하며 매우 빠른 충전 곡선을 이룬다. 적절한 충전소를 이용하면 10분 이내에 주행가능 거리를 300㎞ 이상으로 늘릴 수 있다.
충전소에서는 배터리 내 고전압 스위치를 이용해 800V 배터리를 사실상 각각 공칭 전압 400V인 두 개의 배터리로 나뉜다. ‘뱅크 차징’으로 알려진 이 방식 덕분에 추가 고전압 승압 장치 없이도 최대 200㎾의 출력으로 매우 효율적으로 충전할 수 있다. 이는 타이칸과 마칸 일렉트릭보다 획기적으로 개선된 점 중 하나다. 일반적인 가정용 월박스에서는 표준 11㎾ 온보드 충전기로 AC 충전이 가능하다.
심지어 무선 충전 패드도 마련했다. 시몬 슐체 포르쉐 충전 시스템 매니저는 “매우 간편한 방법으로 충전에 대한 스트레스를 지울 것”이라고 말했다. 직접 시연도 했는데 실내 센터페시아 모니터 카메라를 통해 바닥 플레이트와 도킹을 실시간으로 보여주며 정확히 구역안에 들어와야 충전이 진행되는 모습을 살펴볼 수 있었다. 누구나 쉽게 할 수 있으며 중간에 박스와 같은 장애물이 들어오면 충전 전력을 낮추거나 작동하지 않고 운전자에게 알려준다.
구체적으로 살펴보면 원 박스 형태의 플로어 플레이트가 있는 충전 시스템은 매우 콤팩트하고 세련된 모습을 띄고 있었다. 참고로 원 박스’란 주차공간에 설치된 바닥 판 외에는 월박스나 제어 유닛을 설치할 필요가 없다는 것을 의미하며 카이엔 일렉트릭은 해당 기술을 사용하는 포르쉐의 첫 제품 시리즈가 된다.
최대 11㎾의 충전 출력을 제공하는 포르쉐의 무선 충전 시스템은 유선 완속 충전 (AC)과 동일한 수준으로 에너지 전송 효율은 최대 90%에 이른다. 이처럼 사용자 친화적인 포르쉐 무선 차징 플로어 플레이트는 길이 117cm, 너비 78cm, 높이 6cm의 크기로 차고 지붕이 있는 개방형 주차 공간, 실외 주차장에 설치해 주 전원 공급장치에 연결할 수 있다.
무게 약 50㎏의 플로어 플레이트에는 LTE와 WLAN 모듈이 기본 탑재되어 향후 원격 소프트웨어 업데이트와 인프라 확장이 가능하다. 포르쉐 무선 충전 기술은 2026년 유럽에서 처음으로 선보인 뒤, 전 세계에 순차적으로 확대될 예정이다.
포르쉐 무선 충전 플로어 플레이트는 실외 환경에서도 사용 가능하다. 제품의 모든 부품이 비와 눈으로부터 보호되며 차로 플로어 플레이트 위를 지나가도 손상되지 않도록 설계했다. 충전 중 발생하는 전자기파는 차량 하부로만 제한되며 독일의 글로벌 시험·인증 기관인 티유브이슈드를 포함한 광범위한 테스트를 통해 시스템 안정성을 입증했다. 또 CE와 UL 인증을 획득해 유럽과 미국 전역에서 요구하는 안전 및 환경 보호 기준을 충족한다.
독일(라이프치히) = 김성환 기자 swkim@autotimes.co.kr