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Automotive insights 저비용으로 EV 범위를 확장하는 최고의 방법
Docol® - 자동차용 강종

저비용으로 EV 범위를 확장하는 최고의 방법

미래 모빌리티에 경량 구조가 얼마나 중요할까요?

저비용으로 전기 자동차의 범위를 확장하는 최고의 방법은 무엇일까요? 독일 뷔르츠부르크에서 개최된 2019 Light Construction Summit에서는 이에 대해 토론했으며, 어떤 경우에는 전기 자동차의 구조를 경량화 하는 것보다는 전기(및 전자) 시스템을 최적화 하여 전기 자동차 범위를 훨씬 낮은 비용으로 확장할 수 있다는 놀라운 중요한 메시지에 이르렀습니다. 많은 회의 참가자들은 그럼에도 불구하고 전기 모빌리티에 대한 많은 투자가 경량화 프로젝트로 인해 재정적 및 인적 자원을 소모하고 있다는 우려를 표명했습니다.

회의에서 나온 다른 중요한 정보:

  • 전기 모빌리티(EVs) 설계는 전기 및 하이브리드 차량 및 기존의 차량 등 모든 차량의 경량화 설계에 계속해서 커다란 영향을 미칠 것입니다.
  • 경량화와 비용 효율성의 경쟁이 지속되고 있는 현 상황에서, 경량 강재를 사용한 설계는 르네상스를 경험하고 있다고 여러 발언자들이 언급했습니다. 새로운 고장력강 및 초고장력강을 사용하면 필요한 물성은 유지하면서도 비용을 절감하는 경량화가 가능합니다.
  • “적합한 재료를 적합한 장소에”라는 모토 하에, 경량 재료를 현명하게 적용하는 것이 알루미늄(이전의 Audi A8) 또는 탄소 섬유(BMW i3)를 전면 대체하는 것보다 실용적이라는 인식이 커지고 있습니다.

 

경량 구조 서밋에서의 Docol

이 모토에 따라, 차량의 무게뿐만 아니라 생태 발자국도 줄이는 천연 섬유 강화 바이오 소재를 실험하고 있는 선견지명이 있는 자동차 제조업체의 수도 증가하고 있습니다. 또한 전문가들은 탄소 섬유 강화 소재가 대량 생산 수준에 도달하게 되고, 그 결과 이러한 이색적인 소재를 보다 완성도가 높고 더욱 합리적으로 제조할 수 있는 방식을 제공할 것이라도 예측하고 있습니다.

하이브리드 소재 구조물의 새로운 기술

하이브리드 소재로 제작된 자동차 구성품은 강력하고 국소화된 응력에 취약한 차량 영역에서 그 중요성이 커지고 있습니다. 회의에서는 한 예로 폭스바겐이 고장력강 섹션에 광섬유 강화 플라스틱을 접착하여 사이드실/B 필러 영역을 제작한 E-Golf 모델을 선보였습니다. 결과적으로 구조적으로 강화된 이 영역에서는 충돌 테스트에서 인트루젼이 50% 가량 감소되었습니다. 이러한 하이브리드 접근 방법으로 폭스바겐은 2015년 NCAP(New Car Assessment Program, 신차 평가 프로그램)의 필러 충격 테스트 관련 변경사항들을 충족시켰을 뿐만 아니라 양산된 차체나 관련 제조 공정을 변경하지 않고도 200 g의 무게를 줄일 수 있었습니다.

발포 소재 사용은 또 다른 접근 방법입니다. 그렇지만 개발 초기 단계부터 비용이 많이 들어 신중히 고려해야 합니다. 그럼에도 불구하고 다른 재료(예: 초고장력강 또는 AHSS)과 결합할 경우, 발포 소재는 경량에 있어 우수한 속성을 갖고 있습니다.

자동차 구성품 경량화에 있어 완벽한 컴퓨터 시뮬레이션 활용

특정 경량 소재를 사용한 구성품 설계의 동적 시뮬레이션을 포함한 컴퓨터 모델링의 발전은 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 예를 들어 소재를 더 얇게 만들 경우, 그 결과를 매우 정확하게 계산할 수 있습니다. 회의에서 몇몇 발언자는 상당한 재료 절감(및 비용 절감)의 결과를 가져 오는 설계를 발표했습니다.

컴퓨터 모델링 이외에 두 번째로 중요한 발전은 적층 제조(일명 3D 프린팅)로, 이를 통해 극단적인 구성품 형상을 제작할 수 있으며 자동차 구성품 내에 기능들을 고도로 통합시킬 수 있습니다.

프레젠테이션의 상당수가 경량 구조를 전체적인 관점에서 보여 주었다는 점에 주목해야 합니다. 예를 들어 생산 비용에 초점을 맞출 때 친환경적 분석을 결합시켰습니다: 원자재에서 재활용에 이르기까지 구성품의 수명 주기 전과정에 걸쳐 환경에 미치는 전체적인 영향은 어떻습니까?

또 다른 전체적인 사례: 자동차 경량화는 개별 구성품 구조만을 관찰하는 것 이상으로 크게 발전했습니다. 사실 프로세스는 여전히 구성품에 대한 광범위한 컴퓨터 시뮬레이션으로 시작됩니다. 그렇지만 친환경 기준을 평가하기 전에 차량 전체에 대한 시뮬레이션과, 그 다음으로 차량 충돌 계산을, 그 다음에는 차량 제조 및 조립 시뮬레이션을 실시합니다.

철강 산업이 경량 및 CO2 효율성에 대한 미래의 요구를 충족시킬 수 있을까요?

“뷔르츠부르크에서 개최된 2019 Lightweight Construction Summit에서 혁신적인 재료와 광범위한 서비스를 보유하고 있는 SSAB이 경량 구조 분야의 많은 트렌드를 정확하게 예측하고 있다는 것을 확인했다”고 SSAB의 자동차 사업 개발부 책임자이며 이 행사의 발언자이기도 한 Thomas Müller는 말합니다. SSAB는 Docol®이라는 명칭의 자동차용 강재 포트폴리오를 보유하고 있으며, 이 AHSS 강종은 고강도와 탁월한 연성, 우수한 피로 성능을 통해 기능적인 가치를 입증하고 있어 자동차 경량 구조의 중요한 “조력자”입니다. 또한 SSAB는 각 AHSS 강종을 고정된 생산 라인에 배정하기 때문에, 이러한 강종은 매우 균질한 물성을 갖습니다. 표준화된 Docol® AHSS 강종 포트폴리오 외에도 고객은 특수한 AHSS 강종을 요청할 수 있습니다.

SSAB는 지구 환경을 위해서도 진지하게, 또한 매우 실용적으로 참여하고 있습니다: 자동차 재료에 “내포된 탄소”를 포함한 CO2에 대한 추가 규제는 사실상 불가피합니다. 현재 SSAB는 제조된 철강 1 kg당 CO2 2 kg만 배출하고 있어 세계적으로 탄소 효율도가 가장 높은 철강 제조업체 중 하나입니다. 유럽 연합의 철강 제조업체의 경우 평균적으로 CO2 배출량이 이보다 7% 더 많으며, 미국의 경우 11%, 중국은 26%, 인도는 42% 더 많습니다.

“그럼에도 불구하고 킬로당 CO2 2 kg조차도 당사가 원하는 스토리의 끝이 아니다”라고 Müller는 말합니다. “당사의 목표는 실제로 CO2 배출을 전혀 하지 않고 철강을 만드는 것입니다. 스웨덴의 룰레오에서 당사는 고로에 탄소 대신 수소를 사용하는, 실험적인 HYBRIT 공장을 건설하고 있습니다. 수소는 신규 및 기존의 수력 및 풍력을 이용하여 생산될 예정입니다.

SSAB의 계획은 2045년까지 상용화 할 수 있는 화석연료 없는 Docol® AHSS 강종을 생산하는 것입니다. 그 사이 SSAB는 바이오 탄소를 이용한 실험을 진행하고 있으며 공장의 일부를 전기만 사용하는, 모든 석탄/코크스는 전혀 사용하지 않는 공장으로 전환하고자 합니다.

프로세스인 EV용 경량 구조

“포괄적인 프로세스인 경량 구조”의 한 예로, SSAB는 전기 자동차 배터리를 충돌로부터 보호하는 디자인 콘셉트를 선보였습니다. 선택된 Docol® AHSS 강종을 사용한 보호용 배터리 인클로저:

  • 누출에 안전합니다
  • 지극히 견고합니다
  • 가볍고 효율적입니다

 

“이 배터리 하우징은 커다란 관심을 끌고 있습니다”라고 Müller 씨는 말합니다, “독일 OEM 뿐만 아니라 특히 중국 자동차 제조업체들 사이에서도 그렇습니다.”

“이 EV 배터리 인클로저는 자동차 개발 프로세스에 SSAB가 이른 시점에 참여하게 될 경우 SSAB가 무엇을 할 수 있는지 보여 주는 한 예”라고 Müller는 설명합니다. “최적의 자동차 경량화와 구성품 성능을 위해서는 조기에 참여하는 것이 매우 중요합니다. 적용 분야에 따라, 당사의 지식 서비스 센터는 구성품의 무게를 최대 50%까지 줄일 수 있도록 자동차 제조업체를 지원해 왔습니다.”

Docol® 지식 서비스 센터는 초고장력강 전반에 걸친 각종 질문에 답하면서 자동차 설계자가 본연의 임무를 처리할 수 있도록 도움을 드리고 있습니다. 이러한 도움에는 콘셉트 및 구조 연구와 계산 및 컴퓨터 시뮬레이션 서비스(예를 들어 성형 공정 및 충돌 성능에 대한 디지털 모델링)가 포함될 수 있으며, 공구 설계나 기계 제작 솔루션, AHSS 강종 용접 등에 대한 제안이 포함될 수도 있습니다.

Docol® 지식 서비스 센터에는 고도로 숙련된 컴퓨터 시뮬레이션 엔지니어와 설계자, 용접 전문가, 성형 전문가들이 속해 있습니다. 이 팀은 최신 성형 기계와 컴퓨터 모델링 프로그램을 사용할 수 있습니다. 잠재 고객이 SSAB 제품의 장점을 조기에 경험할 수 있도록 SSAB는 전 세계적으로 유일무이한 시험용 재료 스토어를 운영하고 있습니다. 이 스토어의 재고 품목에는 시트 또는 코일 형태의 다양한 Docol® AHSS 강종이 포함되어 있으며 SSAB는 이를 특정 크기로 절단하여 2주 이내로, 경우에 따라 2일 내로 배송할 수 있습니다. 이러한 광범위하면서도 고도로 전문화되어 있고 빠르게 응답하는 샘플링 서비스는 그 어떤 다른 AHSS 강종 제조업체도 따라올 수 없습니다.

Thomas Müller
Thomas Müller, SSAB 자동차 사업 개발부 책임자

여기에서 Hybrit 프로젝트에 대해 자세히 읽어보기Docol 자동차용 강종 둘러보기

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