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스페셜라이즈드 e-MTB, 브로제 모터와 배터리를 살펴보자.
2017-12-22   박창민 기자

전기자전거(e-Bike)에 대한 이야기는 불과 몇 년 전부터 자주 화두에 오르내리게 되었지만, 아직은 조금 생소하게 들릴 수도 있다. 그리고, 전기자전거에서 내구성과 파워를 업그레이드한 전기산악자전거(e-MTB)는 아직 많은 라이더들이 경험하지 못한 신세계임에 틀림없다.
이번에는 e-MTB에 대한 이해를 높이기 위한 방법으로, 현재 국내에서 유일하게 모든 인증절차를 통과하고 공식 판매가 가능한 스페셜라이즈드(SPECIALIZED)의 리보(LEVO) 시리즈에 적용된 모터와 배터리에 대해 이야기를 하고자 한다.


전기자전거의 내구성과 파워가 증가된 전기산악자전거(e-MTB).
현재까지 유일하게 국내 안전검사를 마치고 공식 판매가 진행 중이 스페셜라이즈드 리보(LEVO)와 함께 배터리와 모터에 대해 알아보자.


국내 공식 허용된 '클래스 1' 전기자전거

전기자전거의 종류를 전동 파워와 어시스트 방식으로 구분할 경우 4가지로 분류되고 있다. 그리고, 그것을 클래스(CLASS) 1~4로 나누는데, 각 클래스에 따른 차이가 무엇인지 알아보자.

클래스 1 : 페달 어시스트
가장 자전거스러운 방식이 바로 '클래스 1' 전기자전거이다. 이것은 페달을 구를 때에만 전동 모터가 작동하여 페달링의 힘을 도와주는 방식으로, 우리나라에는 이 방식의 전기자전거만 전기자전거로 인정되어 자전거 전용도로를 주행할 수 있게 된다.
이 방식은 보통 어시스트(페달링을 도와주는 힘)의 한계를 정하여 기존 자전거와 함께 달릴 때에도 크게 위협을 주지 않도록 했다.
유럽의 경우는 시속 25km와 250와트 이하의 모터, 미국은 시속 32km와 750와트 이하의 모터를 클래스 1 전기자전거의 기준으로 하고 있다. 우리나라의 경우는 시속 25km와 330와트 모터까지 허용하고 있다.
페달 어시스트라는 것은 페달의 회전 또는 토크, 자전거의 속도 등에 따라 적절한 파워를 도와주어 편하게 속도를 높이고, 언덕을 오를 수 있게 도와주는 것이며, 위에서 이야기하는 한계 지원속도(우리나라 25km/h)를 넘어서면 어시스트가 멈추게 된다. 더 빠른 스피드를 내고 싶다면 일반 자전거처럼 페달링을 더 강하게 하면 된다.

우리나라에서는 클래스 1 전기자전거가 공식적인 전기자전거로 인정되고 있다.

현재 세계적으로는 클래스 1 전기산악자전거만 산악 트레일에 입장할 수 있도록 추진되고 있다.

클래스 2 : 쓰로틀 방식
이 방법은 페달링을 하지 않고, 버튼이나 그립 등의 쓰로틀(throttle)을 이용해 달릴 수 있는 자전거를 말한다. 이처럼 페달링이 필요없는 자전거지만, 보통 클래스 1과 동일한 수준의 스피드와 모터 기준이 적용되는 것이 일반적이다.
국내에도 판매되고 있는 방식이지만, 이 방식은 자전거 전용도로에 들어갈 경우 법적인 제약을 받게 된다.

쓰로틀을 이용하여 가속을 할 수 있는 '클래스 2' 전기자전거도 국내에 판매되지만, 자전거 전용도로에 들어갈 수 없다.

클래스 3 : 시속 45km까지 스피드를 더한 전기자전거
일반적으로 페달 어시스트 방식의 전기자전거에 스피드를 시속 45km까지 어시스트할 수 있도록 개발된 것이 클래스 3 전기자전거이다. 미국에서는 클래스 3 전기자전거에 쓰로틀까지 허용하기도 하지만, 일반적으로 페달 어시스트만 허용되고 있으며, 국내에서는 허용되지 않는 전기자전거 클래스다.

클래스 4 : 시속 45km를 넘는 모터사이클
페달링과 쓰로틀이 모두 허용되며 시속 45km를 넘을 수 있는 스피드 한계가 없는 전기자전거에 속한다. 면허증이 필요하지만, 일부 라이더들이 자전거를 개조하여 클래스 4에 해당되는 자전거를 만들기도 하여 문제를 일으키고 있다.


파워 어시스트 방식의 브로제 모터

스페셜라이즈드는 전기자전거에 브로제(Brose) 모터를 사용하고 있다. 브로제는 1908년 독일에서 시작된 업체로 자동차 관련 전기 시스템을 전문으로 하고 있다. 자동차 분야에서는 각종 전기 및 전동 시스템으로 큰 인기를 얻으며 성장해 온 브로제는, 2014년 전기자전거 산업으로 확장하였다.
다른 전기자전거 시스템을 개발하는 업체에 비해 그렇게 빠르지 않은 진출이었지만, 브로제는 자동차에서 100년을 넘게 쌓아온 노하우를 통해 현재 가장 기계식 자전거에 가까운 느낌을 전달하는 전기자전거 모터로 인정을 받고 있다.
브로제 모터가 가장 일반적인 자전거에 가까운 페달링 느낌을 만드는 것에는 토크와 페달 회전수, 스피드에 연동되는 파워(Watt)를 기반하기 어시스트 하기 때문이다.
토크를 기반으로 하는 전동 시스템의 경우 출발하거나 코너링을 도는 등의 느린 속도에서 강한 페달링 토크가 가해지면 간혹 과한 어시스트로 밸런스를 잃거나 자전거가 아닌 모터사이클을 타는 기분이 들 때도 있게 된다.
이에 비해 파워를 기반으로 하는 브로제 모터는 라이더가 필요로 하는 파워에 비례한 어시스트를 주기 때문에, 실제 기계식 자전거를 타는 것과 비교해 이질감이 적고 라이더가 쉽게 적응할 수 있게 된다.
토크에 반응하는 어시스트의 경우는 토크가 강한 첫 출발에서 강한 어시스트를 하게 되지만, 오히려 스피드가 빨라지고 토크보다 페달링 회전수가 빠른 시점에서는 어시스트가 약한 경우가 발생하곤 한다. 그에 비해 스페셜라이즈드 리보에 적용된 브로제 모터는 토크는 강하지만 파워가 약한 출발 시점에서 부드럽게 어시스트하고, 스피드를 올리기 위해 파워를 높일 때 함께 어시스트가 강해지며 마치 라이더의 파워가 향상된 것같은 자연스러운 라이딩 느낌을 얻을 수 있게 되는 것이다.

파워 어시스트로 매우 자연스러운 페달링을 만들어낸 브로제 모터.


15% 정도 출력이 강해진 올뉴 리보 모터

이번 시즌 하반기에 발표한 올뉴 리보는 카본 프레임과 알루미늄 프레임으로 출시되며, 기존보다 더욱 강해진 모터 파워가 핵심이다.  쿨링 시스템을 비롯한 하드웨어의 업그레이드와 펌웨어 업데이트를 통해 이루어진 올뉴 리보 모터는 더 넓은 페달링 케이던스에 적응하고 온도에 따른 컨트롤을 향상시켜 전반적으로 더 강력한 파워를 낼 수 있도록 했다.

이번 시즌 하반기에 발표된 올뉴 리보는 기존 모터에 비해 하드웨어와 소프트웨어가 변경되며, 15% 향상된 파워를 보여준다.


배터리의 용량 이해하기

전기자전거에 있어서 배터리는 핵심 부품이라고 할 수 있다. 누군가는 그저 배터리셀을 여러개 직렬과 병렬로 연결하기만 하면 된다고 생각할 수 있지만, 그 내부적으로 충전과 안정화 등의 컨트롤은 배터리 성능을 높이는데 큰 역할을 한다.
보통 배터리는 암페어(A)를 파워 수치로 이야기하는 것이 일반적이다. 암페어는 전기에 있어서 사용할 수 있는 용량을 의미하고 있는데, 폭포수에 비교한다면, 볼트(V)는 폭포가 떨어지는 높이, 암페어(A)는 폭포가 떨어질 때 물의 양을 의미한다고 이해하면 편하다.
스페셜라이즈드 리보의 배터리팩은 2가지며, 올뉴 리보부터는 대용량인 14,000mA 배터리팩이 이용된다.
이 배터리팩은 LG전자의 18650셀로 만들어지고 있는데, 3500mA의 셀 4개를 직렬로 연결하여 14,000mA를 만들었고, 이것을 10세트 병렬로 연결하여 완성했다.
하지만, 이런 정보는 배터리가 얼마나 오래 가는지에 대한 정보는 아니다. 그래서 사용되는 수치가 와트아워(Wh)인데, 이것은 파워(W)를 1시간동안 사용한다는 의미다.
올뉴 리보에 사용되는 대용량 배터리는 504Wh다. 이것은 504W로 출력을 했을 경우 1시간 사용할 수 있다는 의미가 된다.
사이클링 파워미터를 사용해본 라이더라면 와트(W)에 대한 이해가 조금 더 쉬운 것이다. 페달링을 하는 파워가 와트로 표시되기 때문인데, 필자의 경우는 보통 열심히 탈 때 170W 정도를 유지하곤 한다. 그리고, 이 와트는 배터리 용량의 와트와 동일한 의미가 된다. 그러니까, 504Wh의 배터리를 필자의 신체라고 생각할 때, 약 3시간(170W x 3h = 510Wh) 정도 열심히 탈 수 있는 양의 용량이라는 의미다.
하지만, 전기자전거는 라이더의 힘+전기모터의 힘이 합해지기 때문에, 라이더가 100W를 내고 모터가 100W를 낸다면 504Wh의 배터리를 가진 전기자전거는 200W의 파워로 5시간 정도 탈 수 있다는 것을 의미한다.

이와같은 배터리팩을 효율적으로 사용하기 위해서는 배터리팩 내부에 많은 셀을 관리하는 컨트롤러가 필요하다. 리보의 배터리만 보더라도 40개의 셀이 들어있기 때문에, 한번 충전 시 각 셀이 모두 잘 충전될 수 있도록 관리하고, 배터리를 소모할 때도 균형있게 셀을 소모해야 더 오래 사용할 수 있는 배터리팩이 되는 것이다.

배터리팩은 베터리셀과 안정화를 위한 컨틀롤러가 포함되어 있다.
용량은 Wh로 표시하며, 504Wh를 가진 리보의 배터리팩은 100W의 어시스트를 계속 할 경우라도 5시간 이상 사용할 수 있다는 의미다.


일체형 리보 배터리

일반적으로 배터리팩이 배터리셀과 컨트롤러로 되어있는 것에 비해, 리보의 배터리팩은 내부에 배터리셀과 컨트롤러, 그리고 통신 시스템, 모터 컨트롤러까지 모두 내장되어 있는 일체형 시스템으로 만들어졌다.
이것은 모터와 직접적으로 연결되어 전기자전거에 필요한 모든 컨트롤이 이루어지기 때문에, 자전거에 별도 컨트롤러가 필요없고 전체적인 자전거 시스템이 단순해져서 고장 원인이 줄어들게 된다.

리보는 배터리셀과 컨트롤러 뿐 아니라, 통신 시스템과 모터 컨트롤 시스템까지 모두 일체형으로 갖추고 있어서, 고장에 대한 확률을 줄였다.


스마트폰 앱을 이용한 효율적인 배터리 활용

현재 출시된 전기자전거 중에는 스마트폰 앱에 연동되는 제품도 있고 아닌 것도 있다. 스페셜라이즈드는 전기자전거 카테고리인 터보(TURBO)를 개발하면서 미션컨트롤(Mission Control)이라는 앱을 동시에 발표했다.
이 앱은 현재 모터와 배터리 상태를 보는 것 외에도 어시스트 모드에 따른 모터 어시스트 강도를 변화시킬 수 있다.
그 뿐 아니라 라이딩 기록과 내비게이션 기능까지 포함되어 있다. 그리고, 라이딩 코스를 미리 설정하거나 거리를 설정하게 되면 그 라이딩을 위한 모터 어시스트를 자동으로 조절하여, 라이딩 후 지정한 배터리 용량이 남도록 하는 편리한 기능도 있다.

스페셜라이즈드 미션컨트롤앱은 배터리와 모터를 쉽게 컨트롤할 수 있게 도와준다.

모터와 배터리 상태를 자동 점검하는 기능

모드에 따른 어시스트 강도를 조절할 수 있고, 토크에 대한 민감도 조절도 가능하다.

코스에 따른 배터리 효율 자동 조절도 가능하다.


전기자전거, 이해하면 더욱 편리하다.

아직 우리에게 생소하다고 느끼게 되는 전기자전거, 하지만 이미 세계적으로 자전거 시장을 리딩하는 산업으로 발전하고 있는 것이 사실이다.
앞으로, 전기자전거를 선택하게 될 경우 자전거와 다른 다양한 옵션들을 선택해야 된다. 이럴 때 전기자전거에 핵심 부품인 배터리와 모터에 대해 조금 더 이해한다면 선택이 더욱 편리해 질 것이다.

전기자전거 배터리와 모터에 대한 이해가 나에게 맞는 선택에 도움을 줄 것이다.


관련 웹사이트
스페셜라이즈드코리아 : https://www.specialized.com/kr/ko

크리에이티브 커먼즈 라이선스
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