아이오닉 5 오너세요? 그럼 '이거' 쓰고 계시죠?
겨울이 되면 전기차의 주행거리와 충전시간에 차이가 생긴다.운전자들에게 겨울은 여러모로 걱정거리가 많은 계절이다. 특히 ‘전기자동차’를 보유하고 있는 운전자들은 더더욱 고민이 태산이다. 기온이 떨어지면 리튬이온배터리에 채워진 전해질이 굳어져, 주행거리는 짧아지고 충전시간은 길어지기 때문이다.
하지만, 현대자동차의 ‘아이오닉 5’은 이런 걱정에서 비교적 자유롭다. 위와 같은 전기자동차의 단점을 극복하기 위해 개발한 ‘히트펌프 시스템’ 덕분이다. 이번 콘텐츠에서는 바로 이 ‘히트펌프 시스템’에 대해 자세히 소개하고자 한다.
히트펌프 시스템
리튬이온배터리는 온도가 낮을수록 성능이 감소한다.위에서 언급한 바와 같이, 전기자동차에 적용되는 ‘리튬이온배터리’는 액체 상태의 전해질로 채워져 있다. 이때 날씨가 추워지면 자연스레 전해질이 굳어버리는데, 이로 인해 배터리 내부 저항이 증가하면서 성능이 떨어지게 된다. 겨울철에 스마트폰이 쉽게 방전되는 것도 바로 이 때문이다.
리튬이온배터리를 탑재한 전기자동차에서도 예외는 아니다. 노르웨이 자동차 연맹(NAF)이 총 20종의 전기자동차로 진행한 실험에 따르면, 겨울철 실제 주행거리는 상온에서 측정한 주행거리 대비 평균 19.2% 낮게 나온 것으로 나타났다.
열관리 기술인 ‘히트펌프 시스템’은 이와 같은 전기자동차의 태생적인 약점을 극복하기 위해 개발되었다. 간단히 말하자면, 실내 난방에 사용되는 전력을 최소화함으로써 긴 주행거리를 확보한 것이다.
내연기관과 달리, 전기차는 난방을 위해 전기 에너지를 추가적으로 사용한다.히트펌프 시스템을 이해하기 위해선, 먼저 내연기관 자동차와 전기자동차의 실내 난방 방식에 대해 이해할 필요가 있다.
내연기관 자동차는 엔진에서 발생하는 열에너지를 실내 난방에 활용한다. 일반적인 가솔린 내연기관의 냉각수 온도가 75~95℃ 임을 고려하면, 차량 내부를 따뜻하게 만들기에 차고 넘친다고 할 수 있다.
반면, 엔진 대신 모터가 탑재된 전기자동차는 배터리에 저장된 전력을 소비하여 히터를 작동시켜야 한다. 즉, 난방을 위해 에너지를 추가적으로 사용해야 하는 것이다. 이는 전기자동차의 주행거리를 적게는 30%, 많게는 40%까지 감소시키는 원인이 된다.
히트펌트 시스템을 적용한 '아이오닉 일렉트릭'현대자동차는 이러한 문제점을 해결하기 위해 2014년부터 히트펌프 시스템을 적용하였다. 당시 환경부의 전기자동차 주행거리 측정이 상온에서만 이루어진 관계로 정확한 수치를 알 수는 없으나, 비슷한 시기에 출시된 아이오닉 일렉트릭은 겨울철 주행거리 감소량이 19% 개선된 것으로 나타났다.
코나 일렉트릭에 적용된 '히트펌프 시스템'히트펌프 시스템의 원리는 에어컨과 유사하다. 에어컨의 ‘냉매’는 압축과 응축 과정에서 뜨거워지고, 팽창하고 증발하는 과정에서 차가워지는데, 이 과정에서 차가워진 냉매로 실내 공기를 차갑게 식히는 것이 에어컨의 원리이다. 이때 냉매의 열은 실외기를 통해 밖으로 방출된다.
여기서 주목할 부분은 ‘냉매의 열’이다. 전기자동차는 전기모터, 온보드 차저, 통합전력제어장치, 배터리 등의 ‘전장 부품’에서 발생하는 열을 식히기 위한 냉각 시스템을 갖추고 있다. 즉, 에어컨 실외기가 열을 방출하듯, 냉각을 위해선 전장 부품에서 발생하는 열을 밖으로 방출해야 한다.
아이오닉 5의 공조 장치히트펌프 시스템은 바로 이 ‘열’을 이용한다. 즉, 전장 부품 냉각 과정에서 발생한 ‘폐열’을 실내 난방에 활용한 것이다. 한마디로 ‘재생에너지’나 다름이 없는 셈이다.
이와 같은 히트펌프 시스템 덕분에 아이오닉 5는 주행거리 걱정 없이 히터를 마음껏 사용할 수 있다. 타 브랜드 전기차보다 적은 전력으로 큰 난방 효과를 구현할 수 있기 때문이다. 아울러 수랭식과 공랭식을 동시에 활용하는 '히트펌프 에어컨 시스템'도 탑재해, 배터리 온도 제어도 한층 수월해졌다.
극한의 혹한기 테스트
아르예플로그에서 혹한기 테스트를 진행 중인 '넥쏘'와 '코나 일렉트릭'2006년, 현대자동차는 스웨덴의 소도시 ‘아르예플로그’에 ‘현대모비스 동계 테스트 센터’를 구축했다. 영하 40℃에 육박하는 아르예플로그의 환경은 겨울철 낮은 기온과 눈길, 빙판에서도 끄떡없이 달리는 차를 완성하기 위한 ‘동계 테스트’를 진행하기에 가장 완벽한 장소이기 때문이다.
팰리세이드에 적용된 '스노우 모드'실제로 현대자동차는 겨울에 특화된 다양한 신기술을 아르예플로그에서 갈고닦았다. 국산 SUV 최초로 팰리세이드에 탑재된 ‘스노우 모드’가 대표적이다. 현대자동차는 스노우 모드의 성능검사를 위해, 아르예플로그의 설원에서 2년간 총 6,000km를 주행하는 테스트를 진행했다.
아울러 포터 EV에 적용된 ‘*RSC(Regen Stability Control)’도 아르예플로그에서의 테스트를 거쳤다. 감속 시 발생하는 제동력을 전력으로 바꾸는 회생제동 시스템의 특성상, 미끄러운 노면에서의 안전성을 반드시 평가해야 했기 때문이다.
*RSC : 후륜구동 전기차의 회생제동 시스템 작동 시 차량의 안전성을 확보해 주면서 에너지 회수율을 최대한으로 높여주는 기술
ㅍ최근에 들어서는 전기자동차의 전력 소모를 최소화하는 첨단 기술을 테스트하는 장소로 활용되고 있다. 극저온에서도 배터리 성능을 유지하고 정상적인 주행이 가능한지 확인해야 하기 때문이다.
대표적인 예로, 2018년에 아르예플로그에서 테스트를 거친 ‘코나 일렉트릭’을 꼽을 수 있다. 코나 일렉트릭은 이곳에서 테스트를 거치며, ‘히트펌프 시스템’과 같은 첨단 기술의 우수성을 직접 입증했다. 히트펌프 시스템 이외의 첨단 기술은 아래와 같다.
▲스마트 공기 흡입 제어 시스템
차량 안으로 들어오고 나가는 공기의 양을 조절해, 효율적인 실내 난방을 돕는 기술
▲개별 환기 시스템
운전자 단독 운전 시 조수석 발판과 송풍구의 난방 및 환기를 완전히 차단해, 난방 효율을 높이는 기술
▲사전 조절 환기 시스템
운전 직전 차량 내부를 미리 덥히거나 시원하게 만들어 내부 환경을 최적화하는 기술
아이오닉 5는 겨울철 전기차 특유의 단점을 어느 정도 극복했다.이와 같은 극한의 혹한기 테스트를 거침으로써, 현대자동차의 전기차 기술력은 더욱 탄탄해졌다. 그만큼, 아이오닉 5의 혹한기 성능도 더욱 완벽해졌다. 사실상 아이오닉 5는 겨울철 전기차 특유의 단점을 어느 정도 극복했다 해도 과언이 아니다.
현대자동차는 히트펌프 시스템을 개선하는 데에 열을 올리고 있다. 새로운 열원을 발굴하는 것을 넘어, 복잡하게 연결된 히트펌프 관련 부품을 하나로 통합하는 연구도 진행하고 있다.
추후 더욱 뛰어난 히트펌프 시스템이 등장한다면, 현대자동차는 미래 전기차 시장에서 더욱 유리한 위치를 선점할 수 있을 것으로 예상된다. 혹한기를 두려워하지 않는 전기차의 등장이 벌써부터 기대가 되는 바이다.
