모터·기어박스 결합한 ‘올인원 구동계’ 확산… GaN 급속충전·반고체 배터리 도입으로 주행거리·안전성 대폭 강화

글로벌 전기자전거(E-Bike) 시장의 기술 패러다임이 기존 자전거 부품에 모터를 단순 결합하던 방식에서 전용 통합 시스템 중심으로 빠르게 재편되고 있다. 외장 변속기를 없앤 ‘기어박스 내장형 모터’가 상용화되고, 질화갈륨(GaN) 기반 초급속 충전과 반고체·전고체 배터리 기술이 본격 도입되면서 전기자전거의 정비성과 주행 효율이 크게 향상되고 있다.

외장 변속기 없앤 ‘기어박스 내장형 모터’ 부상최근 전기자전거 구동계 시장의 가장 큰 변화는 모터와 변속 기어박스를 하나의 케이스에 통합한 ‘모터 기어박스 유닛(MGU, Motor Gearbox Unit)’의 확산이다. 독일 구동계 전문 기업 피니언(Pinion)의 MGU를 필두로 다양한 글로벌 부품사들이 관련 시스템을 선보이며 완성차 브랜드 채택이 늘고 있다. 기존 미드드라이브(중앙 구동) 방식 전기자전거는 강력한 모터 출력이 체인과 뒷바퀴 외장 변속기(디레일러), 스프라켓에 직접 전달돼 부품 마모가 빠르고 체인 끊어짐이나 변속기 파손 위험이 높았다. 반면 기어박스 내장형 모터는 9단에서 최대 12단에 이르는 변속 기구를 모터 내부에 밀폐 구조로 통합하고, 금속 체인 대신 카본 벨트 드라이브를 조합해 외부 충격과 오염으로부터 구동계를 보호한다. 제조사 측에 따르면 해당 시스템은 최대 1만km 주행 시 간단한 오일 교환 외에 별도의 체인 윤활이나 변속기 정렬 등 일상 정비가 거의 필요 없다. 또한 주행 속도와 페달링 부하를 감지해 최적의 기어비를 스스로 맞춰주는 ‘스마트 전자식 자동 변속’ 기능이 탑재돼 라이더의 주행 편의성을 높였다.

GaN 기술 적용한 초급속 충전과 고밀도 배터리 확산배터리 분야에서는 충전 시간을 획기적으로 단축하는 급속 충전 기술과 에너지 밀도를 높인 차세대 셀 기술이 경쟁력을 좌우하고 있다. 드론 및 카메라 기술 기업 DJI가 선보인 전기자전거 구동 시스템 ‘아비녹스(Avinox)’는 최대 508W 출력의 12A 질화갈륨(GaN) 급속 충전 기술을 적용했다. 이를 통해 700~800Wh급 대용량 배터리를 방전 상태에서 약 1시간 15분~1시간 30분 만에 75~80%까지 충전할 수 있다. 기존 전기자전거 배터리를 완전히 충전하는 데 통상 4~6시간이 소요되던 것과 비교하면 충전 대기 시간을 절반 이하로 줄인 셈이다. 업계 차원의 충전 규격 표준화 움직임도 활발하다. 보쉬(Bosch) 등 글로벌 주요 부품사들이 참여하는 ‘차지투바이크(Charge2Bike)’ 표준은 최대 800W(향후 2kW 확장 예정) 급속 충전을 지원하는 통합 커넥터 규격으로, 제조사마다 달랐던 충전 단자를 단일화해 공공 급속 충전 인프라 활용도를 높이는 데 초점을 맞추고 있다.

화재 위험 낮춘 ‘반고체·전고체 배터리’ 상용화 가속배터리 용량 확대에 따른 무게 증가와 리튬이온 배터리의 화재 안전성 문제를 해결하기 위해 차세대 배터리 도입도 속도를 내고 있다. 올해 초 열린 ‘CES 2026’과 글로벌 바이크 쇼에서는 액체 전해질을 고체 또는 겔(Gel) 형태로 대체한 반고체(Semi-Solid-State) 및 전고체 배터리를 적용한 전기 모빌리티 기술이 잇따라 공개됐다. 스위스 하이엔드 전기자전거 브랜드 스트로머(Stromer)가 세라믹 소재 기반 전고체 배터리 프로토타입을 선보인 데 이어, 최근 출시되는 최신 모델들은 기존 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도를 높이면서도 외부 충격이나 고온 환경에서 열폭주 위험을 낮춘 반고체 배터리 셀을 본격 채택하고 있다.

모빌리티 업계에서는 최근 전기자전거 기술이 단순 출력 경쟁을 넘어, 자동차 변속기처럼 구동계의 내구성과 정비 편의를 극대화하고 배터리 충전 속도와 화재 안전성을 확보하는 방향으로 고도화되고 있다고 분석한다. 이에 따라 출퇴근용 도심형 모델부터 험로를 달리는 전기 산악자전거(e-MTB), 물류용 카고바이크까지 차세대 구동계와 배터리 적용 범위가 빠르게 넓어질 전망이다.