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247. BMW 뉴 클래스, 배터리 내재화와 생산 효율성 제고의 시험대

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머니맨

2023-03-27 17:00

247. BMW 뉴 클래스, 배터리 내재화와 생산 효율성 제고의 시험대



자동차 업계에서는 2025년이라는 숫자가 자주 회자된다. 많은 레거시 자동차회사가 1세대 혹은 2세대 전기차 전용 플랫폼을 내놓겠다고 하고 있고 대부분의 완성차회사는 그들만의 소프트웨어 플랫폼을 2025년까지 완성하겠다는 목표를 설정하고 있다. BMW도 2025년 출시를 목표로 뉴 클래스라는 3시리즈 등급의 전기차를 개발하고 있다. 다른 점은 BMW 뉴클래스는 전기차 전용이 아니라 모든 파워트레인을 소화한다는 것이다. 2035년 내연기관 판매금지법을 고려한 것일 수도 있다. BMW는 i3와 미니 EV부터 시작한 배터리 내재화를 위해 많은 투자를 하고 있고 더불어 생산비용 저감을 위해 아이팩토리라는 슬로건을 내 세우고 있다. BMW는 2021년 발표했던 전동화 전략 로드맵을 이달 초 수정 발표했다. BMW가 추구하고 있는 전기차의 방향성과 디지털 생산방식이 핵심인 아이팩토리에 대해 짚어 본다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)




2022년 프리미엄 브랜드 판매 대수에서 BMW가 215만 2,665대(그룹 239만 9,632대)로 메르세데스 벤츠의 202만 6,220대(그룹 204만 3,900대), 아우디의 149만 123대를 제치고 2년 연속 1위를 차지했다. 전기차 전략에서 더 앞선 메르세데스 벤츠와 아우디에 비해 더 많은 판매실적을 보인 것이다. 이는 토요타 자동차가 폭스바겐의 864만 대를 크게 앞선 1,048만 대를 판매한 것과 궤를 같이한다.


전동화 전략에서 BMW는 토요타와 비슷한 방향성을 추구한다는 점에서 일찍이 전용 전기차 플랫폼 베이스의 모델을 라인업하고 있는 메르세데스나 아우디와 차이를 보인다. 전기차 행보에서 상대적으로 늦은 두 브랜드가 프리미엄 브랜드와 양산 브랜드의 톱에 위치하고 있는 현 상황에 앞으로도 지속될지는 지켜 봐야 할 일이다. 다만 지금까지 그래왔듯이 수많은 ‘혁신’들에 대한 호들갑과는 달리 21세기 들어 삶을 크게 바꾼 것은 지금까지는 스마트폰뿐이라는 점을 감안하면 파워트레인의 변화도 지켜 볼 일이다.


특히 보호무역주의가 심화하는 상황에서 지구촌의 자원을 효율적으로 사용하기가 어려워지고 있어 탄소중립이 요원해지고 있다는 지적도 되새길 필요가 있다. 기후재앙이라는 명목으로 내 세우는 IRA와 CAM, 넷 제로 산업법 등이 실제로는 원자재 가격을 높일 것이라는 분석에 대해서도 귀를 기울일 필요가 있다. 생산성을 중시하는 사람들의 입장에서는 기후변화가 곧 경제문제로 직결돼있다는 것을 인식할 필요가 있다. RE100이나 ESG를 달성하지 못한 지역에서 생산되는 제품은 수출할 수 없는 시대라는 것이다.


현시점에서의 업체의 방향성 중 어느 것이 옳다고 평가하는 것은 의미가 없다. 그보다는 탄소중립이라는 큰 틀에서의 목표 달성을 위해 무엇을 하고 있는지는 짚어 보는지가 더 중요하다.


BMW는 배터리에 관한 연구에 대해 오랜 역사가 있다. 2007년 시작한 배터리 프로젝트-i에서부터 일관되게 기후위기 극복을 위한 탄소중립을 비롯해 고도로 복잡한 조건에서 적절한 시기를 포착할 수 있어야 하며 연간 1,000억 톤 이상의 원자재를 사용하고 있다는 것을 직시하고 그 대안을 찾아야 한다고 강조하고 있다.





무엇보다 1972년부터 배터리 전기차에 대해 연구해온 BMW는 환경 파괴를 비롯해 원유고갈과 맞물린 경제적인 문제, 산유국 분포 불균형으로 인한 정치적인 문제, 2030년에 60%의 인구가 100만 명 이상의 도시에 거주하는 대도시화, 자동차에 대한 가치의 변화, 삶의 질에 대한 소비자들의 가치 기준의 변화 등을 핵심 요소로 하는 연구를 해 왔다.


이런 사고를 바탕으로 BMW는 전동화 전략을 추진했지만, 다른 업체들이 그렇듯이 아직 목표 달성을 하지는 못했다. 예를 들어 2021년 기준 연간 판매량이 전년 대비 75% 이상 성장하고 배터리 전기차의 판매도 두 배로 늘려 그 해 말까지 누계 100만 대의 배터리 전기차를 판매하는 목표는 이루지 못했다. BMW의 2022년 배터리 전기차 판매 대수는 21만 5,755대였으며 누계 판매 대수는 50만 대에 그쳤다.


다만 미니를 2025년까지 전기차만 판매하는 브랜드로 바꾼다는 것과 롤스로이스의 배터리 전기차 출시 등은 아직 유효하다. 2022년을 목표로 했던 연료전지 전기차 i 하이드로젠 넥스트의 출시도 약간 늦어졌다.


이런 차질은 지정학적 여건의 변화 때문이다. 코로나 팬데믹과 미·중 패권전쟁, 러시아 우크라이나 전쟁 등으로 공급망이 붕괴한 데 기인한다. 이는 결국 자동차 가격을 인상했고 자동차시장은 소비자가 아니라 공급자 중심의 시장이 되게 했다. 전기차 부문에서는 배터리 셀 공급 차질이 가장 컸다.


현시점에서의 BMW 배터리 전기차 라인업은 iX를 비롯해 i3, i4, iX1, iX3, i7 등 여섯 개 차종이 있으며 iX M60과 i4 M50 등을 더해도 8개 차종으로 당초 목표로 했던 13개 차종에는 미치지 못한다. 올해에는 i5 출시가 예고되어 있다.







BMW는 올해 초 2년 만에 수정된 전동화 전략 로드맵을 발표했다. 2024년까지 5대 중 최소 1대, 2025년까지 신차 4분의 1이, 2026년에는 3분의 1이 배터리 전기차가 될 것이라는 목표를 설정했다. 구체적으로 몇백만 대를 제시하는 다른 업체들과는 다른 자세다. 특히 올해에만 중국 시장에 11개의 배터리 전기차를 출시할 예정이다


여기에 차세대 전기차인 뉴 클래스(독일어 NEUE KLASSE)는 중기 전동화 전략의 핵심이다. 3시리즈 세그먼트인 뉴 클래스는 2025년부터 출시되며 그로부터 2년 이내에 최소 6개 모델을 추가한다는 방침이다. 뉴 클래스 모델은 BMW의 6세대 eDrive 전기 구동 시스템과 차세대 리튬 이온 배터리를 탑재해 전체 비용을 50% 절감하고 배터리 셀 에너지 밀도를 20% 이상 증가시키며 수명을 30% 늘리고 주행 가능 거리 및 충전 속도 30% 증가시키는 것을 목표로 하고 있다. 그러니까 방법론상에서 차이는 있지만 궁극적인 목표는 다르지 않다는 것이다.


나라마다 다른 시장 상황과 공급망의 병목 현상을 고려하여 BMW 그룹은 배터리 전기차가 2030년까지 전 세계 연간 출하량의 50% 이상을 차지할 것으로 예상하고 그 전에 누적 출하량을 1천만 대 이상 달성할 것으로 예상했다.


뉴 클래스의 특징은 BMW의 하나의 플랫폼으로 모든 파워트레인을 가능하게 한다는 기존 CLAR와 같지만, 배터리 전기차를 우선으로 하는 아키텍처다. 이를 베이스로 하는 차세대 3시리즈는 새로운 전기 모터와 BMW의 6세대 파워 트레인에 의해 구동된다. 800 볼트 배터리 기술은 350kW의 충전 전력을 가능하게 한다는 점에서 전용 전기차 플랫폼의 그것과 다르지 않다.


뉴 클래스는 당초 2시리즈 세단부터 X7 크기의 SUV까지 배터리 전기차를 제작할 수 있도록 설계한다고 밝혔었다. 앞바퀴 굴림방식, 뒷바퀴 굴림방식, 및 네바퀴 굴림방식 배터리 전기차를 지원하여 다양한 용량의 모듈식 배터리 팩을 수용할 수 있도록 한다는 것이었다.


그런데 지금은 3시리즈 세그먼트에 집중하는 것으로 정리가 된 모양새다. 다시 말해 새로운 아키텍처는 중형 세그먼트에 초점을 맞춘다는 얘기이다. 다른 세그먼트에 대해서는 알려진 바가 없다.


현시점에서 뉴 클래스는 하드웨어 측면에서는 새로 개발된 전기 드라이브 트레인 및 배터리 생성, 소프트웨어 측면에서는 완전히 새로운 IT 및 소프트웨어 아키텍처 개발, 그리고 순환 경제를 지향하는 새로운 수준의 지속 가능성의 추구다.


그러니까 뉴 클래스는 디지털화, 전동화 및 지속 가능성으로 풀이될 수 있다. 소프트웨어와 하드웨어의 최적 조합을 찾아 지속가능성을 모색한다는 것이다. 목표는 전동화와 소프트웨어 시대의 프리미엄 브랜드의 아이덴티티를 창출하는 것이다.


BMW는 이를 실현하기 위해 배터리의 확보와 디지털화, 생산방식의 변화를 화두로 내 세우고 있다.







전기차의 핵심인 배터리에 대해 BMW의 스텐스는 기본적으로 내재화다. 물론 배터리 셀을 내재화하는 것은 시간이 걸린다. 그래서 수년 내 약 1,000만 톤의 이산화탄소를 저감할 수 있는 배터리 셀 공급업체와의 협력을 추진해 왔다. 가장 최근인 2022년에는 CATL, EVE 에너지, 엔비전 AESC 등 배터리 업체들과 100억 유로 이상의 배터리 셀 계약을 체결했다.


그러니까 이들 업체로부터 공급받은 셀을 바탕으로 배터리팩의 내재화를 추진한다는 것이다. 이는 오늘날 대부분의 완성차업체와 같은 전략이다.


독일 라이프치히 공장에서 시작한 고전압 배터리 생산을 위한 첫 단계로 배터리 셀 코팅 라인 가동도 그를 위한 것이다. 고전압 배터리 생산은 셀 코팅, 모듈 생산, 배터리 조립 등 세 가지 단계로 구분된다. 이중 셀 코팅 공정은 배터리 셀을 절연 상태로 만들어 안전하게 배터리 모듈로 조립하기 위한 공정이며, 배터리 셀 코팅과 모듈 조립을 포함한 배터리 완제품 생산은 모두 BMW 그룹 라이프치히 공장의 자동화 공정을 통해 이루어질 예정이다.


BMW 그룹은 라이프치히 공장에 8억 유로 이상을 투자하고 전기차 부품 개발 및 생산에 적극 노력하고 있다. 2024년까지 두 개의 현행 배터리 팩 조립 라인을 세 개로 늘리고, 셀 코팅 라인 네 개와 고전압 배터리 조립 라인 두 개를 추가할 계획이다. 네 개의 셀 코팅 라인은 두 달에 하나씩 추가되어 올해 중으로 모두 가동될 예정이다.


새로운 배터리 셀 코팅 라인은 1년에 1천만 개 이상의 배터리 셀을 코팅할 수 있으며, 이는 시간 당 약 2,300개의 셀을 코팅하는 속도다. 코팅된 셀은 라이프치히 공장의 배터리 모듈 생산 라인에 투입돼 순수전기 모델인 BMW i4와 BMW iX1에 탑재된다. 향후 추가되는 라인에서는 BMW iX에 들어가는 배터리 모듈도 생산할 계획이다.


BMW는 2022년 11월, 뉴클래스에 대한 정보를 발표하면서 2개의 다른 높이에서 직경 46mm와 800볼트의 시스템 전압을 가진 원형 배터리 셀을 사용할 것이라고 밝힌 바 있다. 공식적으로 발표되지는 않았지만, SUV 모델은 높이가 120mm, 세단은 95mm가 될 것으로 알려졌다. 이 신세대 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도를 30% 이상 높이고 충전 속도를 최대 30%까지 개선하며 주행 거리를 최대 30%까지 향상할 것이라고 한다. 하지만 원통형으로 발전될지 아니면 파우치 타입으로 할지는 아직 결정되지 않았다.


BMW는 CATL과 Eve Energy에 유럽과 중국에 각각 두 개의 기가팩토리 건설을 의뢰했었다. CATL은 헝가리 데브레첸에 공장을 건설 중이며, 배터리 팩을 공급하기 위한 전용 고전압 조립 라인이 건설되고 있다.


독일 딩골핑 공장에서 105km 떨어진 곳에도 배터리 생산 공장 부지를 확보했다. 이 공장은 2024년 초 건설이 시작되어 2026년에 가동되어 바이에른에 있는 BMW의 자동차 공장에 뉴 클래스 전기차에 고전압 배터리를 공급하게 된다.


여기에 지난 1월, 전고체 배터리 개발을 위해 솔리드파워와 협력을 발표했다. 2025년 출시할 뉴 클래스에 적용될지는 미지수이지만 BMW 배터리 역량센터를 통한 기술 개발은 계속되고 있다.







BMW가 올해 초 2025년 출시 예정인 뉴 클래스를 위해 멕시코의 산 루이스 포토시 공장 건설에 800억 유로를 투자하기로 한 것도 중요한 변화다. 5억 유로를 투입해 이 공장 부지 내에 전기차용 배터리 생산 거점을 건설하고 3억 유로를 전기차 생산라인 구축에 투자한다. 2024년에 배터리를, 2027년에는 전기차의 생산을 시작할 계획이다.


BMW의 포토시 공장은 2014년 발표되고 2019년 준공되어 연간 생산 용량 17만 5,000대에 달한다. 3시리즈의 생산을 시작으로 2921년부터는 2시리즈 쿠페도 생산하고 있다.


멕시코 공장은 BMW그룹의 디지털 공장이다. 빌딩 자체 및 장비 설치 모두를 위해 공장 건설 중 디지털 3D 플랜을 사용했다. 또한 지능형 유지 보수 시스템을 도입한 것도 눈길을 끈다. 스마트 메인터넌스 어시스턴트 소프트웨어가 처음으로 사용되어 플랜트 전반에 걸쳐 사전 예방적인 유지 보수가 계획되어 설비 가용성을 높였다. 조립공정에서 화면이 전반적으로 종이를 대신하는 다양한 인더스트리 4.0 기술이 사용된다. 두 개의 스크린은 작업자에게 모든 정보를 제공한다. 이 디지털 잡 카드는 멕시코 공장에서 처음 적용됐다.


이 공장은 유연성, 친환경 및 자원 절약 방법, 디지털화에 중점을 둔 회사의 BMW iFactory 생산 전략을 구현한다.


뉴 클래스의 첫 번째 모델은 2025년 헝가리 데브레첸 공장에서 시작될 예정이며, 그 뒤를 이어 뮌헨 공장, 그리고 2027년부터 멕시코의 산 루이스 포토시 공장에서도 생산된다.


그 뉴 클래스는 실제 생산 개시보다 2년 앞서 가상 컴퓨팅 플랫폼 엔비디아 옴니버스로 지난주 가상으로 생산되기 시작했다. 이는 BMW 아이 팩토리(IFactory)의 새로운 차원으로 더 빠르고 효율적인 프로세스로 시간과 비용을 절감할 수 있는 것이다. 엔비디아 옴니버스 플랫폼은 기본적으로 현실 세계에 가장 가까운 플랫폼으로, 인공 지능을 사용하여 메타버스(가상)에서 애플리케이션을 만들고 운영할 수 있다.


BMW 그룹은 공장 계획을 새로운 차원으로 끌어올려 자동차 제조 디지털화의 최신 이정표를 세웠다고 밝혔다. 양산이 공식적으로 시작되기 2년 이상 전에 헝가리 데브레첸의 미래 공장에서 차량 제조가 이미 진행 중이라는 것이다. 데브레첸 공장은 완전히 가상으로 계획되고 검증되는 BMW 그룹의 첫 번째 시설이다. 획기적이고 혁신적인 개념은 엔비디아와 협력하여 구현되고 있다. 데브레첸 공장은 2025년 가동 예정으로 건설이 막 시작되었으며 새로운 시설은 BMW 그룹의 차세대 완전 전기 모델인 뉴 클래스를 생산할 예정이다.


BMW는 이미 메타버스의 공장에서 자동차를 생산하고 있다. 시설이 어떻게 작동하는지 실시간으로 가상으로 볼 수 있는 기능은 원활하고 효율적인 개통 프로세스를 보장할 것이라고 강조했다. BMW 그룹은 실시간 디지털 트윈 시뮬레이션을 실행하여 레이아웃, 로봇 및 거의 물류 시스템 등 엔비디아 옴니버스가 전 세계 BMW 제품 네트워크로 확장할 계획이다.


BMW는 엔비디아와 인공지능을 통해 그 어느 때보다 빠르게 새로운 공장을 설립하고 더 효율적으로 생산해 결과적으로 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있다고 밝혔다. 이 플랫폼을 통해 전 세계 BMW 팀이 실시간으로 협력할 수 있어 더 빠른 의사 결정과 효율성을 얻을 수 있다는 것이다.







BMW의 가상 계획은 BMW iFACTORY라고 불리는 내일의 자동차 생산을 위한 마스터플랜에 추가된다. BMW는 친환경 및 자원 절약 방법과 함께 디지털화에 초점을 맞추기 위해 2022년 초 이 생산 개념을 도입했다.


2022년 4월에 발표한 새로운 아이팩토리 생산 전략은 새로 건설할 헝가리 데브레첸 공장의 생산 공정에서 화석연료를 전혀 사용하지 않는 세계 최초의 자동차 공장을 건설하는 것이 핵심이다. 미래 생산을 위한 마스터 플랜이라고 부르는 생산 전략은 먼저 데브레첸 공장에서 시작해 앞으로 모든 BMW 공장에서 시행될 예정이다.


새로운 생산 전략은 무엇보다도 E-모빌리티로의 전환에 의해 이루어진다. BMW는 미래의 자동차 제조에는 새롭고 총체적인 사고 방식이 필요하다는 생각으로 전략적 목표로 “Lean. Green, Digital .'을 제시했다.


효율성, 정밀성 및 극도의 유연성을 나타내는 LEAN, 지속 가능성, 자원 효율성 및 순환성을 나타내는 GREEN, 인공 지능(AI) 및 가상화 데이터 과학에서 디지털화를 적극적으로 사용하는 DIGITAL의 세 가지 주요 주제 영역에 BMW 그룹의 생산 전문성을 집중한다는 방침이다. BMW iFACTORY의 전체론적 접근 방식은 회사의 생산 시스템에서 일관되게 높은 수준의 유연성, 출시 전문 지식 및 통합 기능에 의해 뒷받침된다.


LEAN은 유연하고 효율적인 생산 기반, GREEN은 CO2 배출량 2019년 대비 80% 저감, DIGITAL은 혁신에서 효과적인 사용 사례를 의미하는 것이다.


BMW 그룹 생산은 이미 AI의 효과적인 사용에 있어 업계의 선구자이며 현재 200개 이상의 AI 기반 애플리케이션을 사용하고 있다. 이 기술은 더 나은 품질 보증을 위해 다양한 물류 및 생산 프로세스를 자동화할 수 있다. 또한 표준화된 플랫폼과 셀프 서비스를 통해 모든 기술과 위치에 적용할 수 있도록 솔루션을 신속하게 확장할 수 있다.


디지털화의 목표는 맞춤형 프리미엄 차량, 만족스러운 고객, 우수한 품질 및 정시 배송이다.


물론 이 모든 것은 직원들에게도 영향을 미친다. BMW의 생산 부서는 품질, 물류, 유지보수, E/E, e-모빌리티 및 디지털 계획 분야의 역량 구조 조정에 막대한 투자를 하고 있다. 이에 따라 5만 명 이상의 BMW 그룹 직원이 이미 E-모빌리티 분야에서 자격을 취득했다.


BMW 그룹 생산의 변화 이면에 있는 핵심 요소는 자동차 시장의 발전과 기후 변화가 있다. 최신 기술 혁신이 기후 보호 및 지속 가능성에 크게 기여해 궁극적으로 회사에 도움이 된다는 생각이다. 증가하는 전기 자동차에 대한 고객 수요뿐 아니라 사회 구성원으로서 기후 보호 및 지속 가능성을 지원한다는 것이다.


탄소중립, 전기차, 비용 저감, 그리고 소프트웨어 정의 자동차까지 이 시대의 화두에 대응하는 업체들의 행보가 긴박하게 전개되고 있다.


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