[전기자동차] 기아EV6- 겨울에도 멀리갈수 있는 비결은 무엇일까?

전기차 배터리, 온도가 낮아질수록 효율이 떨어지게 되는데 에어컨의 원리인 히트펌프 시스템으로 보완하다. 

겨울철에 스마트폰 배터리가 빨리 닳는 경험을 해보신 적이 있을 것입니다. 

이런 현상은 전기차 마찬가지입니다. 전기차 배터리와 스마트폰 배터리는 크기만 다르뿐 같은 종류의 이차전지를 사용합니다. 

 

전기차 성능을 결정짓는 요소중 하나가 1회 충전 주행 가능 거리(AER)입니다. 

겨울엔 이 주행거리가 최대 30~40%까지 감소합니다. 이런 전기차의 단점을 보완하기 위해 현대자동차 그룹은 전기차에 히트펌프 시스템을 도입하고 있는 것입니다. 

 

그럼 히트펌프 시스템이 뭔지 알아보도록 하겠습니다.  

기아자동차 EV6 전시사진 출처:기아자동차

 

1. 전기차가 배터리가 겨울만 되면 빨리 소진되는 이유는?

전기차 대부분은 리튬이온 배터리를 사용합니다. 

충전이 가능한 이차전지의 대표적인 종류입니다. 스마트폰 배터리도 리튬이온 배터리입니다. 전기차와 스마트폰 배터리는 크기만 다를 뿐 이란 이야기입니다. 

 

1-1. 리튬이온 배터리 4대 구성요소

1. 양극
2. 음극
3. 전해액
4. 분리막

리튬이온배터리 설명 이미지  출처:SKIET 투자설명서

양극은 배터리 용량과 평균 전압을 결정하고 음극은 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전류를 흐르게 합니다. 전해액은 양극과 음극 사이 리튬이온의 이동이 가능하도록 하는 물질입니다. 

일종의 이동 통로 역할을 하는 매개체입니다. 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단합니다. 

 

리튬이온 배터리는 리튬이온 이 양극과 음극 사이를 오가면서 충, 방전이 이뤄지게 됩니다. 온도가 낮아질수록 전해액의 움직임이 둔해지게 됩니다. 

 

결국엔 배터리 효율이 크게 떨어지면서 전기차의 주행 가능 거리도 줄어들게 되는 것입니다. 

전기차 주행거리가 겨울에 주눈 이유는 또 있습니다. 전기차 배터리는 단순히 자동차를 운직이는데만 사용되지 않습니다. 

 

겨울철엔 차 실내를 따뜻하게 하기 위해 히터와 열선을 켜듯이 이 히터와 열선도 전기로 가동되게 됩니다. 

온도가 낮아지면서 배터리 효율도 떨어지는 데 사용해야 하는 전기는 많아지는 것입니다. 겨울에 치터를 켠 상태로 해야 하니 주행거리가 초대 30~40%까지 줄어들게 됩니다. 

이런 전기차의 단점을 보완하기 위해 개발된 것이 히트 펌프 시스템이라 합니다. 

이기술을 활용하면 전기차에도 난방 시스템을 효율적으로 가동할 있습니다. 

1-2. 히트펌프 시스템 

에어컨 구동 원리와 비슷합니다. 냉매를 이용하는 것입니다. 

냉매는 압축과 응축 과정을 거치면 열이 발생해 온도가 높아지고, 팽창하면 온도가 낮아지는 것입니다. 

에어컨은 차가워진 냉매를 활용해 실내에 시원한 바람을 불게 하고 반대로 뜨거워진 냉매는 시외 기를 통해 열을 배출하는 방식입니다. 

 

전기차에 달리는 히트펌프 시스템 역시 이런 과정을 거치게 됩니다. 다만 에어컨은 시외 기를 통해 열을 배출했다면 히트펌프 시스템은 그 열이 히터로 활용하는 것입니다. 

히트펌프 시스템의 원리 설명 이미지   출처 : 현대자동차그룹

외부의 열과 전장 부품에서 발생한 폐열을 활용한다고 합니다. 

이 열들을 모아 액상의 친환경 냉매를 기체로 기화시키고 그다음에 압출기를 압력을 높이고 압력을 높이는 이유는 앞서 설명한 것처럼 온도를 높이기 위해서입니다. 

 

압력이 높아진 기체는 응축기로 이동해 다시 액체로 변환돼게 되며 이과정에 열을 발산하면서 주변 온도는 올라가게 되고 실내는 따뜻해지는 것입니다. 

 

쉽게 설명하면 

물이 수증기가 되려면 열이 필요한 것인데 반대로 수증기가 물이 되기 위해서 열을 발산해야 하고 히트 펌프 시스템이 바로 이 원리입니다. 

 

압력을 높여 기화 (물→수증기)시켜 열을 얻어낸 뒤, 다시 열을 발산해 (물→수증기)해 주위 온도를 높이는 것입니다. 

냉매의 압력을 높이기 위해선 전기차 배터리의 전기가 사용되긴 합니다. 하지만 배터리가 저력으로 직접 전기 히터를 가동하는 것보다 훨씬 적은 전기 에너지가 소비된다고 합니다. 

 

2. 현대차 그룹 의견 내용

2014년 세계 최초로 기아의 쏘울 EV에 폐열을 이용하는 히트펌프 시스템을 도입하였다고 합니다. 

이후엔 현대차 아이오닉 5, 기아 EV6에도 적용됐습니다. 테슬라도 올해부터 모델 3과 모델 Y에 히트펌프 시스템을 적용하고 있다고 합니다. 

 

 

3. 환경부 관련 내용

환경부가 실시하는 전기차 저온 1회 충전 주행거리 평가 결과를 보면 히트펌프 시스템의 성공을 한눈에 볼 수 있는 것입니다. 환경부는 상온 (25도씨)1회 충전 주행거리 대비 저온(-7도씨) 난방가동 주행거리 비율 60% 이상을 기록햐야 친환경차 모조금 지급 대상으로 선정했다고 합니다. 

 

국내에서 판매되는 전기차 중 상온 대비 저온 주행거리 감소 폭이 가장 작았던 전기차는 히트 펌프 시스템이 적용된 기아 EV6였습니다. EV6(롱 레인지 2륜 구 돈 기준)는 상 옹에서 최대 주행거리는 483km입니다. 저온 주행거리는 446km를 기록했습니다. 상온 대비 92%의 효율을 유지한 것입니다. 

 

참고문헌: 현대자동차 , lg화학, 삼성 sdi, 환경부의 지료를 참고했습니다.