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기아 EV6가 겨울에도 멀리 갈 수 있는 비결
비즈니스워치 | 2021-12-05 07:40:02

[비즈니스워치] 나은수 기자 curymero0311@bizwatch.co.kr


겨울철에 스마트폰 배터리가 빨리 닳는 경험, 한 번쯤은 해보신 적 있으실 거예요. 이런 현상은 전기차도 마찬가지예요. 전기차 배터리와 스마트폰 배터리는 크기만 다를 뿐 같은 종류의 이차전지를 쓰잖아요.



전기차 성능을 결정 짓는 요소 중 하나가 1회 충전 주행가능거리(AER)인데요. 겨울엔 이 주행거리가 최대 30~40%까지 감소한대요. 이런 전기차의 단점을 보완하기 위해 현대자동차그룹은 전기차에 히트펌프 시스템을 도입하고 있죠. 이번 '테크따라잡기'에선 히트펌프 시스템이 뭔지 알아보도록 해요. 자세한 설명을 위해 현대자동차, LG화학, 삼성SDI, 환경부의 자료를 참고했어요. 




/사진=SKIET 투자설명서



먼저 전기차 배터리가 겨울만 되면 빨리 소진되는 이유부터 알아보도록 해요. 전기차 대부분은 리튬이온 배터리를 사용하는데요. 충전이 가능한 이차전지의 대표적인 종류예요. 스마트폰 배터리도 리튬이온 배터리예요. 전기차와 스마트폰 배터리는 크기만 다를 뿐이란 얘기죠.



리튬이온 배터리는 △양극 △음극 △전해액 △분리막으로 구성돼요. 배터리 4대 구성요소죠. 양극은 배터리 용량과 평균 전압을 결정하고요. 음극은 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전류를 흐르게 해요. 전해액은 양극과 음극 사이 리튬이온의 이동이 가능하도록 하는 물질이에요. 일종의 이동 통로 역할을 하는 매개체죠. 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단하고요.



리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오가면서 충·방전이 이뤄지는데요. 온도가 낮아질수록 전해액의 움직임이 둔해져요. 전해액의 움직임이 둔해지니 리튬이온의 이동도 느려지게 되는 거죠. 결국엔 배터리 효율이 크게 떨어지면서 전기차의 주행가능거리도 줄어요.



전기차 주행거리가 겨울에 주는 이유는 또 있어요. 전기차 배터리는 단순히 자동차를 움직이는 데만 사용되지 않아요. 겨울철엔 차 실내를 따뜻하게 하기 위해 히터와 열선을 켜잖아요. 이 히터와 열선도 전기로 가동돼요. 온도가 낮아지면서 배터리 효율도 떨어지는데 사용해야 하는 전기는 많아지는 거죠. 겨울에 히터를 켠 상태로 해야 하니 주행거리가 최대 30~40%까지 줄어든대요.



이런 전기차의 단점을 보완하기 위해 개발된 것이 히트펌프 시스템이에요. 이 기술을 활용하면 전기차에도 난방 시스템을 효율적으로 가동할 수 있어요. 



히트펌프 시스템은 에어컨 구동 원리와 비슷해요. 냉매를 이용하죠. 냉매는 압축과 응축 과정을 거치면 열이 발생해 온도가 높아지고, 팽창하면 온도가 낮아지는데요. 에어컨은 차가워진 냉매를 활용해 실내에 시원한 바람을 불게하고 반대로 뜨거워진 냉매는 실외기를 통해 열을 배출해요.



전기차에 달리는 히트펌프 시스템 역시 이런 과정을 거쳐요. 다만 에어컨이 실외기를 통해 열을 배출했다면 히트펌프 시스템은 그 열을 히터로 활용하는 거죠. 




/사진=현대차그룹 제공



조금 더 들어가 볼게요. 히트펌프 시스템은 외부의 열과 전장 부품에서 발생한 폐열을 활용해요. 이 열들을 모아 액상의 친환경 냉매를 기체로 기화시켜요. 그 다음엔 압축기로 압력을 높이고요. 압력을 높이는 이유는 앞서 설명한 것처럼 온도를 높이기 위해서죠. 압력이 높아진 기체는 응축기로 이동해 다시 액체로 변환돼요. 이 과정에서 열을 발산하면서 주변 온도는 올라가게 되고 실내는 따뜻해지는 거죠.



설명이 조금 어렵다고요? 쉬운 예를 들어볼게요. 물이 수증기가 되려면 열이 필요하죠. 반대로 수증기가 물이 되기 위해선 열을 발산해야 하고요. 히트펌프 시스템이 바로 이 원리에요. 압력을 높여 기화(물→수증기)시켜 열을 얻어낸 뒤, 다시 열을 발산해 (물→수증기)해 주위 온도를 높이는 거죠. 



냉매의 압력을 높이기 위해선 전기차 배터리의 전기가 사용되긴 하는데요. 하지만 배터리 전력으로 직접 전기 히터를 가동하는 것보다 훨씬 적은 전기에너지가 소비된다고 하네요. 



현대차그룹은 2014년 세계 최초로 기아의 쏘울EV에 폐열을 이용하는 히트펌프 시스템을 도입했대요. 이후엔 현대차 아이오닉5, 기아의 EV6에도 적용됐고요. 테슬라도 올해부터 모델3와 모델Y에 히트펌프 시스템을 적용하고 있어요. 



환경부가 실시하는 전기차 저온 1회 충전 주행거리 평가 결과를 보면 히트펌프 시스템의 성능을 한눈에 볼 수 있는데요. 환경부는 상온(25℃) 1회 충전 주행거리 대비 저온(-7℃, 난방 가동) 주행거리 비율이 60% 이상을 기록해야 친환경차 보조금 지급 대상으로 선정해요. 



국내에서 판매되는 전기차 중 상온 대비 저온 주행거리 감소 폭이 가장 작았던 전기차는 히트펌프 시스템이 적용된 기아의 EV6였데요. EV6(롱레인지 2륜 구동 기준)는 상온에서 최대 주행거리는 483㎞인데요. 저온 주행거리는 446㎞를 기록했어요. 상온 대비 92%의 효율을 유지한 거죠.



[테크따라잡기]는 한 주간 산업계 뉴스 속에 숨어 있는 기술을 쉽게 풀어드리는 비즈워치 산업팀의 주말 뉴스 코너예요. 빠르게 변하는 기술, 빠르게 잡아 드릴게요. [편집자]





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