볼보의 플러그인 하이브리드 콘셉트 카 ‘리차지(ReCharge)’는 휘발유 1ℓ로 68km를 주행할 수 있는 친환경 자동차다.
이 같은 고연비의 비결은 동력을 낭비하는 트랜스미션이 없어서다. 실제 이 차는 4개의 바퀴 속에 소형 전기모터를 내장, 모터가 직접 바퀴를 돌리기 때문에 동력전달 과정에서 오는 에너지 손실이 전혀 없다.
차륜 모터의 구동 메커니즘
리차지는 바퀴 안에 전기모터가 들어 있어 엔진 출력의 10~20%를 낭비하는 트랜스미션이 필요 없다. 바퀴의 구동과 가속 및 감속 메커니즘은 휠 베어링에 장착된 내부 디스크와 이를 둘러싸고 있는 외부 링 사이에 형성되는 자기장에 의해 구현된다.
구체적으로 내부 디스크에는 독자적으로 제어되는 일련의 전자석들이 달려 있는데, 이 전자석은 전류가 통하면 자기장을 발생시킨다. 반면 외부 링은 영구자석이 부착돼 있다. 만일 운전자가 가속 페달을 밟으면 내부 링의 컴퓨터가 신속하게 전자석의 극성(極性; 플러스와 마이너스)을 바꿔 영구자석과 멀어지거나 가까워지도록 한다. 이때 극성이 바뀌는 속도가 빠를수록 모터가 바퀴를 돌리는 속도도 빨라진다.
이 메커니즘을 설계하는데 볼보가 가장 신경을 쓰고 있는 부분은 각 전기모터들의 완벽한 제어다. 4개 중 하나라도 조금만 빨리 바퀴를 돌리면 차량의 진행 방향이 급격히 꺾일 수 있기 때문이다. 이에 볼보는 정밀 제어능력 유지를 위해 기존 소프트웨어를 개선하는데 많은 시간을 쏟아 넣고 있다. 앞으로 이 기술들이 완성되면 리차지는 페달과 바퀴 사이에 어떤 기어박스도 없이 완벽한 4륜구동을 실현하게 된다. 로켓처럼 달리는 자동차라해도 과언은 아닌 셈이다.
1. 타이어 모터 때문에 휠이 굵어질 수 있어 타이어는 가능한 얇아야 한다. 때문에 리차지는 미쉐린이 특별 설계한 전용 타이어를 사용한다. 이 타이어는 표면이 부드럽고 탄력성이 높아 회전 저항(rolling resistance)을 줄여준다.
2. 배터리 배터리는 4개의 모터, 차량의 각종 전자장치에 전원을 공급한다. 단지 리차지는 리튬이온 전지를 사용하는 대다수 플러그인 하이브리드 카와 달리 리튬폴리머 전지를 사용한다. 이 전지는 불안정한 전해질 수용액 대신 여러 장의 플라스틱을 사용, 한층 안전하며 1회 충전 후 주행거리도 96km까지 늘려준다. 이 거리 이상으로 주행할 때에는 엔진이 알아서 전지를 재충전시킨다. 이미 아이폰 등 휴대기기에 소형 리튬폴리머 전지가 쓰이고는 있지만 라차지에 채용된 것은 이보다 훨씬 크고 실험적인 제품이다. 볼보는 이 전지의 납품업체를 공개하지 않고 있다.
3. 엔진 전기모터를 사용하지 않을 때 엔진에 의해 차량이 구동된다. 콘셉트 모델에서는 배기량 1.6ℓ의 다(多)연료 겸용엔진이나 터보디젤 엔진이 사용됐다. 하지만 이 엔진은 구동축을 직접 돌리지 않고 연료전지 또는 보조전지가 그 일을 대신 한다. 배터리 잔량이 30% 이하로 떨어졌을 때에만 이를 재충전하기 위해 엔진이 작동되기 때문에 리차지의 연비는 휘발유 1ℓ당 68km에 달한다.
4. 충전기 집에서 차량에 전기 플러그를 꼽았을 때 배터리를 충전시키는 역할을 한다. 리차지에는 인근지역의 전력 사용량에 따라 충전 여부를 스스로 결정하는 지능형 충전기가 장착될 예정이다.
배터리 충전시간: 3시간
연비(추정치): 휘발유 1ℓ당 최대 68km
배터리 수명: 96.5km
<그림설명>
1. 내부 디스크
2. 외부 링
3. 전자석
4. 영구자석
볼보 리차지, 언제쯤 출시될까?
2015년까지는 무리다. 차륜 모터(wheel motor), 고효율 로우프로파일 타이어, 배터리 등은 현재 테스트 단계에 있지만 지능형 충전기, 필수 소프트웨어의 개발이 완료되지 않은 것. 볼보 리차지는 영국 로터스 등 일부 회사들이 개발해낸 차축 모터(hub motor) 차량과도 외관상 유사해보이지만 그렇지 않다. 그 차량들은 기어를 사용하기 때문이다. 기어가 있으면 에너지가 낭비되고 중량도 무거워질 수밖에 없다.
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