전기차의 배터리 온도 관리법에 대하여

내연기관 자동차에서 전기 자동차로 바꾸시거나, 전기차를 구매하시는 많은 분들이 기존 내연기관차를 포기하는 이유 중 하나는 저렴한 유지비 때문일 것입니다.

저렴한 유지비를 더욱더 저렴하게 운행하기 위해서는 킬로와트(kW)당 운행할수 있는 거리(km). 즉, 전비가 매우 중요한데요. 전기차의 연료통인 배터리는 용량이 높으면 높을수록 그 무게가 늘어나 오히려 용량이 커진다고 해서 무조건 주행거리가 증가하는 것은 아닙니다. 그렇기에 전기자동차 회사는 차량의 무게는 최대한 가볍게 하면서도 충분한 배터리를 실어 넣어 최대한 전기차를 오래 운행할 수 있도록 연구하죠.

이러한 최적 적정 용량에 더불어, 차량 내에서 에너지를 최대한 효율적으로 활용하기 위해 전기차에서는 물리적인 제동방법이 아닌 전자기적인 제동방법인 회생제동으로 전기를 충전하면서 제동을 하기도 하고, 발생되는 열을 회수해서 활용하는 등의 다양한 에너지 활용법을 시도하고 있습니다.

그중에서 오늘은 열관리를 통한 전비 향상을 어떻게 하고 있는지에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

많은 분들이 아시다시피 겨울철은 전기차가 힘을 쓰기 어려운 계절입니다. 바로 추운 날씨 때문인데요. 리튬이온 배터리는 온도에 따라 그 효율이 매우 달라지기 때문에, 전기차는 배터리 온도를 올리기 위해 많은 에너지를 사용합니다. 직접 열을 내서 배터리를 달구거나 아니면 다른 부품에서 발생하는 폐열을 수집해서 배터리 쪽으로 보내주어야 합니다.

바로 이런 역할을 하는 부품이 히트펌프시스템(Heat pump system)입니다. 열을 전달할 수 있는 액체가 순환하는 열관리 시스템인데요. 우리가 집에서 쓰는 보일러와 에어컨을 합쳐 놓은 것이라고 생각하면 조금 쉬울 것 같습니다. 차 안을 순환하는 배관이 있고, 물을 차갑게(에어컨) 하거나, 데울(실외기)수 있는 열교환기(에어컨 실외기와, 에어컨 본체)가 합쳐져 있는 거죠.

테슬라는 이러한 열 교환을 밸브를 통해서 냉각수의 방향을 바꿈으로써 조절하고 있습니다. 테슬라 모델3는 연식변경이 아닌 필요에 따라 수시로 차량의 부품을 바꿔서 출고합니다. 그래서 출고년월에 따라 부품도 조금씩 다릅니다. 많은 분들이 이전에는 히트펌프가 없었던 것으로 알고계시는 분들이 많습니다. 엄밀히 말하면 히트펌프시스템은 이미 구형 모델3에도 적용되어 있습니다. 바로 수퍼보틀이라고 불리우는 냉각수통인데, 여기에는 냉각수를 전환시키는 밸브, 냉각수 순환펌프, 그리고 칠러가 결합되어 있습니다. 제가 모델3를 받고 얼마 안되서 서비스를 받았던 바로 그 부품이죠. 매우 중요한 녀석입니다.

수퍼보틀

다만 일반적으로 오너분들이 말씀하시는 테슬라의 히트펌프는 옥토밸브라고해서 기존 4way 밸브가 8 way 밸브로 개선된 부품이죠. 8way로 증가된 만큼 크기도 커지고 복잡해졌습니다. 그만큼 효율도 증가했겠죠.

옥토밸브

먼저 모터는 움직이면서 열을 발생시킵니다. 이는 불필요하게 발생하는 열로 냉각수로 식혀 줘야만 하는 폐열입니다. 이렇게 모터가 돌면서 발생하 열은 냉각수로 전달되게 되고, 냉각수는 수퍼보틀로 들어와 칠러를 통해 배터리팩으로 이동합니다. 이때 칠러는 작동하지 않아서 냉각수를 차갑게 식히지 않습니다. 배터리팩으로 이동한 냉각수는 모터로부터 가져온 열을 배터리에 전달하고 차가워지게 되고, 이는 다시 수퍼보틀로 들어가서 다른 쪽 밸브를 통해서 모터로 향해 순환하게 됩니다. 이때에는 냉각수를 식힐 필요가 없기 때문에 라디에이터로 들어가는 냉각수 밸브는 막히게 되고, 냉각수는 모터의 열을 가진 채로 배터리팩으로 들어가게 됩니다.

반면 배터리를 식히는 방법은 이와 반대로 라디에이터와 칠러를 통해서 차갑게 식힌 냉각수를 순환시켜서 배터리를 차갑게 만듭니다.

전기차를 운행하시는 전기차에 관심있는 많은 분들이 추워지는 날씨에 몸조심하시고, 안전운행 전비운행 하시기 바랍니다.

EV라운지 파트너 수쑹(evlounge@donga.com)