세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차 TOP3를 알아보려고 합니다. 공기저항을 수치로 나타낸 것이 공기저항 계수(Coefficient of Drag : cd)입니다. ‘0’에 가까울수록 공기 저항을 덜 받습니다. 이론상 공기저항 계수 값 cd 0.1까지 가능하다고 합니다. 자동차 업계에서는 일반 차 그리고 전기차 구분 없이 일반적이 자동차 형태는 cd 0.2까지가 한계치 값이라고 합니다.
세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차가 공기저항 계수(cd) 0.2를 넘어 디자인된 전기차가 있는지 궁금증이 이번 글에 난센스 주제로 선정하게 됐습니다. 또한, 양산차 중에서 실제로 판매되는 차량이 있는지도 알아보려고 합니다.
● 전기차의 공기저항 이해하기
공기역학적으로 디자인된 최적의 형상은 어떤 모습일까요? 최적의 형상으로 자동차가 어떻게 만들어졌을까요? 그리고 우리가 예상되는 전기차가 있는지 잠시 생각해 보시면 좋겠습니다.
참고될만한 사진 한 장 보여드릴게요. 기계공학이나 비슷한 전공을 공부하셨으면 한 번 즈음 보셨을만한 사진입니다. 공기저항 계수를 가장 쉽게 이해하실 수 있습니다. 보시다시피 물방울 형상이 공기저항 계수 가장 낮습니다. 자동차 디자인을 하는데 기초적인 목표 지향점이 될 것으로 보니다.
일반적으로 공기저항은 자동차 속도의 제곱에 비례합니다. 시속 80km로 달릴 때 공기저항의 힘이 30kg이라고 가정하면 속도가 시속 160km가 될 때 공기 저항은 약 120kg이 됩니다. 속도가 두 배로 늘면 2의 제곱인 4배로 저항이 늘게 됩니다. 또한 공기 저항을 10% 줄이면 연비는 2% 정도 좋아진다 합니다. 그만큼 공기저항이 차에 미치는 영향이 크게 됩니다.
이렇게 공기저항 계수 값 0.01 낮추면 차 무계 40kg을 줄였을 때와 같은 연료 효율 개선 효과를 볼 수 있다고 합니다. 전기차의 경우 Cd 값 10% 낮아지면, 주행거리는 5% 증가한다고 보니다.
이전에 작성했던 ‘전기차 타이어의 중요성 3가지’ 내용을 참고하게 되면 타이어 무게를 줄이는 게, 차 무게를 줄이는 것보다 전비나 주행거리에 더 효과적인 결과를 본다고 했습니다. 타이어만큼이나 공기저항 계수의 소수점 0.01을 줄이는데 전기차 제조사에 고민과 노력을 엿볼 수 있겠네요.
참고로 제가 보유하고 있는 Kia EV6 롱레인지 AWD 모델은 공기저항 계수 값은 0.24로 전기차 중에서도 상당히 높은 수준입니다. 세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차 Top10에 랭크되는 수준이네요.
● 세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차 TOP3
TOP3. Lucid Air : Cd-1.97
Aptera
‘고성능 고급 전기 세단’으로 전기차에서 볼 수 없는 고급스럽고 안락한 공간 디자인으로 럭셔리 시장을 지향하는 모델입니다. 테슬라를 많이들 알고 계실듯한데, 테슬라의 경쟁사 자주 거론되는 루시드 모터스 입니다.
낮은 공기저항 계수의 핵심은 에너지 효율로 동급 모델보다 항속거리가 훨씬 더 길어지게 됩니다. 또한 최대 300kW라는 세계 최고 수준의 초급속 충전이 가능해 12분 충전으로 320km를 이동할 수 있고, 112kWh의 배터리 용량으로 루시드 에어 그랜드 투어링 모델은 미국 환경보호청(EPA) 기준 830km까지 주행 가능하다고 합니다.
우리나라에는 올해 3월에 실물을 처음으로 공개하는 행사를 코엑스에 진행하기도 했습니다. 루시 에어는 LG에너지솔루션을 대표하는 제품으로 2170 배터리 원통형이 탑재됩니다.
TOP2. Aion 하이퍼 GT : Cd-1.9
중국 광저우 그룹 전기차 브랜드로 공기저항을 줄이기 위해 특정 속도에서 앞 범퍼 하단부를 개방하는 기술 등 유명한 디자이너팀을 구성해서 세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차 2위의 자동차를 만들었습니다.
유명 디자이너답게 남자들의 로망인 승차감, 하차감은 가격 대비 만족도가 높을 걸로 보이네요. 도어가 위로, 버터플라이 형식으로 펼쳐지게 열립니다. 세단이면 스포츠카 감성의 디자인
최고출력 335마력, 제로백 4초로 예상되며 단일 전기모터로 올 하반기에 출시될 예정이라고 합니다. 전체적인 실외, 실내 디자인은 만족스럽지만, 실제 성능이 어떻게 나올지는 더 기다려 봐야겠습니다.
TOP1. Lightyear 0 : Cd-1.75
세계 최최의 태양광 전기차인 ‘라이트이어 제로’가 세계에서 가장 공기저항이 작은 전기차 1위입니다. 2019년 발표된 정보 배터리 용량은 60kWh로 전비는 9km/kWh라고 한다. 낮은 공기저항 계수로 600km 이상 주행이 가능하다 합니다. 겨울철에는 태양광 효율 저하로 전기 충전이 필요합니다.
공기저항이 낮은 차량이고 양산차라고 하지만, 한국에서는 보기 힘들거라 예상되어 1위에 올리는 게 맞는지 살짝 고민하기도 했습니다. 생산업체가 파산하고, 상대적으로 비싼 3억 6천만원 입니다. 전기차 특유 강력한 가속력도 없습니다. 결과적으로 소비자들에게 목표로 세웠던 1000대 출고가 이뤄지지 않은 걸로 보니다. 셉트카였으면, 순위에 당연히 못 올리는 자동차로, 당당한 1위가 아니라 아쉽네요.
● 전기차 주행성능의 미래 : 최적의 전기차 공기저항 디자인
공기저항 계수의 흥미로운 점이 있습니다. 날렵한 외관의 스포츠카의 경우 경쟁적으로 Cd 값이 낮지 않다는 사실입니다. 페라리 모델 중에는 공기저항 계수가 0.37인 차종도 있습니다. 이는 차량의 목표로 하는 지향점이 다르기 때문입니다. 고출력 자동차의 경우 공기저항을 이용해 다운 포스를 키워서 고속 주행이나 코너에 안정성을 높인다고 합니다.
전기차의 궁극적인 목표는 고성능 고속주행도 있겠지만, 에너지 효율을 최적화해 배터리 효율을 높이고, 주행거리를 최소의 에너지로 멀리 가데 많은 비중을 두는 걸로 보니다. 전기차에 대한 고성능 수요기 없어서가 아닌, 순차적인 전기차로 가는 과정이라고 보시면 되겠습니다. 이러한 부분을 알고 이해하시는 게 좋을듯하여 전달해 드렸습니다.
자동차를 공기저항 계수가 가장 낮은 물방울 형태로 만들 수는 없습니다. 자동차는 기본적으로 이동 수단이고, 이동하기 위해 부품들 장치들이 필요하고, 승객이 탑승하는 공간을 충분히 만들어 줘야 하기 때문에 한계가 따를 것입니다. 그래서 우선적으로 방해되는 요소를 제거하고, 최대한 공기흐름이 매끄럽게 하기 위한 설계로 지금까지 극복하면서 발전시켜 오게 됐습니다.
우리가 궁금해했던 공기저항 계수 CD 0.2라는 한계는 이미 넘어섰습니다. 앞으로 공기역학적인 설계로 이론상 한계치 Cd 0.1 공기저항 계수도 넘어서는 날이 가까운 미래로 한걸음 다가올 걸로 보입니다.
※ 참고로 미국 신생 자동차 회사 Aptera는 1회 충전으로 1600km 주할 수 있는 삼륜 전기차로 초경량 복합 소재의 아치형 제작되어 공기저항 계수가 Cd 0.13라고 합니다.
공기저항 계수가 낮은 차는 연비가 좋습니다. 친환경 전기차의 궁국적인 지향점에 필요한 요소로, 공기저항 계수를 줄이기 위해 전기차 제조회사들은 많은 노력을 해야 할 것입니다. 다음 블로그에는 우리나라 가장 공기저항이 작은 전기차를 알아보고, 어느 정도 수준의 기술력이 있는지 알아보도록 하겠습니다.
