① 의외로 약점이 많은 전기차

전기차는 약점이 많다. 내연기관차 대비 적은 부품수와 이에 따른 구동의 단순함은 동력손실을 줄이고 차량의 잔고장을 줄인다. 하지만 배터리가 문제다. 배터리 내부 전자 이온이 돌아다니는 통로인 전해질을 액체 상태로 두다보니 온도에 민감하다. 너무 추우면 전해액이 얼어버리고, 너무 뜨거워도 성능이 떨어진다.

심지어 히터를 틀면 내연기관차는 엔진열을 사용하면 그만이지만 전기차는 전력을 더 소모해서 PTC와 같은 열선을 덥혀 따뜻한 바람을 인위적으로 만들어내야 한다. 그래서 초창기 전기차들의 주행거리는 최대 40%까지도 감소했다. 사실상 제원 상 주행거리의 절반 밖에 사용하지 못하는 시기가 있다고 볼 수 있다.

전기차 시장 선점을 위해 치열하게 다투고 있는 제조사들은 이런 약점을 해결하기 위해 피나는 노력을 하고 있다. 현대차의 경우 이런 분야로 두각을 나타내고 있다. 내연기관차 분야에서는 현대차의 설립연도가 유명 제조사들과 비교 시 50~60여년이나 차이가 나기 때문에 메꿀 수 없는 한계가 존재했다.

하지만 전기차 분야는 시작선이 비슷하다. 그만큼 따라잡기 용이하다는 의미이며 일반 내연기관차와 다른 매커니즘으로 돌아가는 만큼 창의력을 발휘해 오히려 앞서나갈 기회를 얻을 수도 있다. 이런 의미에서 현대차는 전기차 분야에서는 다섯 손가락 안에 들 만큼 독보적인 위치를 선점하고 있다. ‘아직까지는’ 말이다.

② 전기차 기술력의 핵심, 알뜰해야 한다

우리나라는 사계절이 뚜렷하다. 감성과 낭만이 존재할 것 같지만 자동차 입장에서는 지옥이나 다름없다. 여름과 겨울만 놓고 보면 일교차는 30~50도까지 벌어지기도 한다. 온도를 비롯해 기상 상황까지 급격히 변하다보니, 첨단기술이 들어간 자동차에 가혹 환경일 수 밖에 없다.

특히 전기차 분야에서는 우리나라의 한파는 치명적이다. 현대차는 국내의 이런 사정을 고려해 전기차를 개발할 수 밖에 없다. 그래서 등장한 것이 히트 펌프다. 기본 개념은 일본의 닛산 리프가 원조이지만, 현대차는 타 제조사들과 어깨를 나란히 할 만큼 높은 수준을 자랑한다.

전기차의 배터리 에너지 중 20%는 열로 빠져나간다. 각종 전장부품, 배터리 자체 열, 모터와 감속기 등 곳곳에서 열이 발생하기 때문이다. 이런 폐열을 그대로 내보내지 않고 다시 냉각 시스템으로 보내 재활용한다. 이미 2017~2018년 사이에 현대차는 닛산, BMW 등 주요 제조사들 보다 높은 수준의 저온 주행거리 효율을 기록하기도 했다.

③ 온돌 원리까지 가져온 현대차

최근에는 더 적은 전력으로 더 빨리 실내를 덥히는 신기술을 개발중이다. ‘복사열 워머’로 불리는 기술인데, 베뉴, 투싼, 팰리세이드의 옵션으로 선택 가능한 ‘적외선 무릎 워머’의 업그레이드 버전으로 보면 된다. 대량 양산이 가능한 탄소나노튜브 필름을 글로브박스, 센터콘솔, 대시보드 도어트림 등 여러 부분에 부착 시키고 가열하는 과정을 거친다.

이 방식은 12V 대신 48V 시스템으로 작동하는데, 필름 부착으로 작동하는 만큼 광범위한 부위에 붙여 순식간에 따뜻하게 만들 수도 있다. 덕분에 일반 히터 방식보다 배터리 전력 사용량은 20% 이상 낮아질 것으로 기대된다.

특히 복사열을 사용하면 건조한 바람이 실내로 유입되지 않기 때문에 피부 및 안구 건조까지 예방할 수 있다.

④ 빨리 녹이면 그만큼 절약

한편 한겨울 혹은 폭설 시 큰 도움이 되는 기능도 개발중이다. 기능의 명칭은 ‘발열유리 제상시스템(HGDS)’이다. 유리 전체에 발열기능을 집어 넣어, 눈이나 서리가 빨리 녹도록 하는 기능이다. 그동안 윈드실드에 따뜻한 바람을 불어 넣는 덕트를 이용해 녹여야 했다. 하지만 건조한 바람이 운전자를 향해 날아고오고, 윈드실드에 낀 눈이나 얼음을 빠르게 녹이지도 못했다.

그만큼 히터를 오래 틀어야 했기 때문에 전력소모가 상당했다. HGDS를 이용하면 일반적인 방식보다 40%나 빠르게 녹일 수 있다. 또, 전력 소모량도 25%만큼 줄일 수 있다. 이 기능이 필요한 이유는 단순히 운전자 시야 확보 때문인 것은 아니다. 자율주행이 활성화 되려면 전방 카메라 센서를 가리면 안되는데, 이런 문제를 단번에 해결할 수 있다. 또, 덕트 공간을 헤드업 디스플레이를 위한 공간으로 활용할 수 있어, 윈드실드 전체를 HUD로 활용하는 것도 가능해진다.

⑤ 충전소에서 냉각수까지 주입?

한편 충전소에서 전기차 배터리 온도까지 관리하는 ‘외부 열 관리 스테이션’도 동시에 개발중이다. 전기차 배터리의 온도가 너무 낮거나 뜨거우면 충전 성능이 떨어진다. 이를 예방하기 위해 충전소에 마련된 냉각수 주입기를 이용해 차량 내 온도를 강제로 조절하는 방법이 제안되고 있다. 겨울에는 배터리 온도를 따뜻하게, 여름에는 시원하게 만들어 초급속 충전 성능을 일정하게 유지하는 것이다.

이 방식을 활용하면 기존의 열관리 시스템보다 40%나 빠른 것으로 알려졌다.

■ 첨단 기술 집약체, 전기차

전기차는 일반적인 기계공학의 범주를 넘어섰다. 신소재는 기본이고, 화학, 전기/전자 공학, IT 등 거의 모든 기술이 들어간다. 물론 일반 내연기관차도 마찬가지이지만 ‘배터리 효율’ 에 초점을 맞춘 새로운 기술들이 대거 등장하고 있다.

이렇다보니, 앞으로는 전기차의 비용의 일부에 이런 신기술 비용이 상당히 많이 책정될 것으로 예상된다. 과연 현대차를 비롯해 여러 제조사들은 비용과 효율 모두를 만족할 수 있는 전기차를 개발할 수 있을까?

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