주행거리 600km..포르쉐 카이엔 일렉트릭에 적용된 고전압 시스템 기술력은?

[데일리카 김지원 기자] 포르쉐가 올해 말 공개하는 전기 SUV 카이엔 일렉트릭에는 새로운 수준의 E-퍼포먼스를 제시하는 혁신적인 기술이 적용된 것으로 24일 전해졌다.

카이엔 일렉트릭은 한층 진화된 프리미엄 플랫폼 일렉트릭 (Premium Platform Electric, PPE) 기반의 800 볼트 아키텍처를 통해 탁월한 충전 성능과 지능적인 에너지 배분, 그리고 높은 효율성을 제공한다.

새로운 드라이브 시스템을 탑재한 카이엔 일렉트릭은 혁신적인 기술과 정교한 에너지 관리 덕분에 600km 이상(WLTP 기준)의 주행 가능 거리를 제공하며 일상 뿐 아니라 장거리 여행에도 적합하다.

최근 실제 주행 조건에서 일정한 속도의 고속 주행을 통해 장거리 주행 성능을 입증하기도 했다. 미국에서 몇몇 미디어 관계자들이 직접 양산 직전의 위장막을 두른 프로토타입 차량으로 고속도로 주행 테스트를 실시했으며, 단 한 번의 배터리 충전으로 최대 허용 속도 시속 113km/h로 총 563km 이상의 거리를 주행했다.

포르쉐 마이클 슈타이너 이사회 부회장 겸 R&D 이사회 멤버는 “카이엔 일렉트릭을 통해 포르쉐는 E-퍼포먼스의 새로운 기준을 제시한다”며 “혁신적인 고전압 시스템 기술은 최고의 효율성과 포르쉐 고유의 드라이빙 다이내믹을 동시에 제공한다”고 강조했다.

카이엔 일렉트릭의 기술적 핵심은 차량 구조의 일부로서 기능적으로 통합된 113kWh 에너지 용량의 고전압 배터리로, 에너지 저장 뿐 아니라 차량의 구조적인 구성 요소 역할도 수행한다. 이를 통해 중량과 공간 효율이 향상되었으며, 실제 에너지를 저장하는 셀이 차지하는 비율이 2세대 타이칸 배터리 대비 12% 향상되어 동일한 공간에서 더 높은 에너지 밀도를 구현했다.

배터리를 차체 구조와 통합해 차량의 강성을 높이고 무게 중심은 더 낮췄다. 이는 드라이빙 다이내믹과 정밀성에 필수 요소이며 카이엔 일렉트릭의 민첩한 핸들링에 기여한다. 수동 안전성(Passive safety) 측면에서도 새로운 기준을 제시한다. 배터리 모듈은 충돌 시 에너지를 효율적으로 흡수하고 셀을 보호할 수 있도록 설계된 알루미늄 프로파일로 제작된다.

카이엔 일렉트릭은 에너지 밀도와 충전 성능 향상을 위해 6개의 교체형 모듈과 192개의 대형 파우치 셀을 갖춘 리튬 이온 배터리를 탑재한다. 배터리는 흑연 실리콘 음극과 니켈·망간·코발트·알루미늄 (NMCA)으로 구성되며, 86%까지 높아진 니켈 함량으로 에너지 밀도가 극대화되었다.

또, 실리콘 음극으로 급속 충전 성능이 향상되고, 알루미늄은 셀 구조의 강성을 강화한다. 이를 통해 배터리는 현행 타이칸과 비교해 약 7% 높은 에너지 밀도와 향상된 충전 효율을 제공한다.

카이엔 일렉트릭의 고전압 시스템의 핵심 요소 중 하나는 배터리 상하단 온도를 정밀 제어하는 혁신적인 양면 냉각 시스템이다. 날씨, 충전 출력, 주행 스타일에 관계없이 배터리를 항상 최적의 온도 범위로 유지해 정밀한 온도 제어가 가능하다.

냉각 성능은 냉장고 100대에 해당하며, 기존 흡입 팬보다 에너지를 약 15% 덜 소비하는 고효율 압력 팬을 처음으로 사용한다. 이를 통해 에너지 손실을 최소화하면서도 높은 충전 성능과 안정적인 주행 퍼포먼스를 지속적으로 유지해 효율성을 극대화한다.

새롭게 개발된 예측형 열 관리 (Predictive Thermal Management) 시스템은 카이엔 일렉트릭의 전기 아키텍처를 구성하는 핵심 요소다. 차량의 냉∙난방 회로를 연결해 온도, 주행 경로, 운전 패턴을 지속적으로 분석하며 에너지 흐름을 선제적으로 제어한다.

주행 중에는 지능형 소프트웨어가 내비게이션 데이터, 지형, 교통 상황, 운전 습관 등을 고려해 실시간으로 냉∙난방 필요성을 계산해 최적의 배터리 온도 범위를 유지하며, 극대화된 충전 속도는 물론 긴 배터리 수명과 일관된 주행 거리를 보장한다.

운전자 입장에서는 충전 시간 단축, 에너지 소비 절감, 더 정확한 주행 가능 거리 예측이 가능하다. 또한, 개선된 차징 플래너와 긴밀히 연동되어 개인화된 충전 선호도를 반영하며, 주행 중 다음 충전 지점에 맞춰 배터리를 사전에 예열 및 냉각한다.

마이클 슈타이너는 “기능 통합형 배터리, 양면 냉각 및 예측형 열 관리 시스템은 포르쉐의 정교한 기술력의 정수를 보여준다”며 “효율적이면서도 강력한 성능의 포르쉐다운 전동화 차량을 제공하는 것이 목표”라고 설명했다.

카이엔 일렉트릭은 충전 성능에서도 새로운 기준을 제시한다. 급속 충전소에서 최대 400kW 출력으로 충전되며, 10%에서 80%까지 충전하는 데 16분이 채 걸리지 않는다. 단 10분 만에 300km 이상(WLTP 기준)의 주행 가능 거리를 확보할 수 있다.

카이엔 일렉트릭은 넓은 충전 구간에서 항상 높은 충전 성능을 유지한다. 배터리 잔량이 약 50%에 이를 때까지 충전 속도를 350-400kW로 안정적으로 유지해, 장거리 주행 시 충전 시간을 최소화하는 이점을 제공한다.

이 같은 최적의 급속 충전 곡선은 이전보다 현저히 낮은 온도 섭씨 15°에서 가능하며, 실제 주행 환경에서 연중 내내 안정적인 충전 성능을 발휘한다. 또, 배터리에 내 고전압 스위치와 결합된 800V 아키텍처 덕분에 400V 충전소에서도 전압 변환 장치 없이도 최대 200kW의 효율적인 충전이 가능하다.

포르쉐는 내년부터 카이엔 일렉트릭을 통해 처음으로 포르쉐 무선 충전 (Porsche Wireless Charging) 시스템을 선보인다. 카이엔 일렉트릭은 최대 11kW의 전력을 공급하는 원박스 플로어 매트의 비접촉식 충전을 통해 유선 완속 충전 (AC)과 동일한 수준인 최대 90%의 에너지 전송 효율을 달성한다.

차량이 플로어 플레이트 위 지정 위치에 도달해 주차 브레이크가 작동하면 차체가 살짝 낮아지면서 충전이 시작된다. 유도 충전 방식으로 수 센티미터의 간격을 두고 진행되며, 전 과정이 자동화돼 안정성과 편리성을 동시에 확보했다.

충전 과정은 마이 포르쉐 (My Porsche) 앱을 통해 확인 가능하며, 여러 대 차량 등록도 가능하다. 혁신적인 충전 기술을 통해 포르쉐는 충전 과정에서도 효율성과 편의성을 제공할 수 있게 됐다.