① 전기차는 겨울에 타면 안된다

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눈이 녹아 빙판길이 될 만큼 추운 한 겨울이다. 일교차가 심한 가을과 달리 아침부터 저녁까지 두껍게 껴입지 않으면 뼛속까지 춥다. 겨울엔 사람 뿐만 아니라 자동차도 움츠린다. 특히 전기차는 추위를 많이 타는지 항속거리와 충전 성능이 크게 감소한다. 그나마 요즘 나온 전기차는 못 탈 정도까진 아니다. 하지만 구형 아이오닉, 테슬라 모델 3 초기모델 등 몇 년 전 출시된 전기차배터리 충전량이 떨어지는게 눈에 보일 정도다.

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성능 감소의 주요 원인은 배터리다. 기온이 떨어지면 리튬이온 배터리(보통 3원계 배터리)에 채워진 전해질이 저온에 얼어 성능이 감소한다. 이를 보완하기 위해 현대차, 테슬라, BMW, 벤츠, 폭스바겐 등 웬만한 제조사에서는 ‘히트펌프’ 기술을 도입했다. 모양이나 세부 시스템은 다르지만, 원리나 목적은 거의 동일하다.

② 크게 감소하는 전기차 성능

전기차 핵심인 ‘리튬이온 배터리’는 액체 상태의 전해질로 채워져 있다. 전해질은 이온의 이동통로 역할을 해, 전력을 만들어 내는데 큰 도움을 준다. 문제는 기온이 낮은 겨울에는 이 전해질이 얼기 쉽다. 이 때 배터리 내부 저항이 증가하면서 이온이 제대로 이동하지 못하게 되고 성능감소로 이어진다. 겨울철에 스마트폰이 쉽게 방전되거나 차를 겨울에 바깥에 방치해두면 배터리가 방전되는 것 역시 비슷한 이유다.

그렇다면 얼마나 성능이 감소하기에 전기차와 겨울 날씨가 상극이라는 말이 나오는 것일까? 노르웨이 자동차 연맹이 20종의 전기차로 주행 테스트를 진행한 적이 있는데, 놀라운 결과를 기록했다. 겨울에는 평균적으로 19.2% 가량 낮게 나온 것으로 조사됐다. 만약 400km를 달릴 수 있는 전기차라면 323.2km밖에 못가는 것이다. 대략 80km 정도 손해를 보는 것이다.

문제는 겨울에 트는 히터다. 겨울에는 춥기 때문에 히터를 켤 수 밖에 없는데 배터리 소모량이 더욱 커질 수 밖에 없다. 집에서 전기장판이나 전기난로를 켜 놓으면 전력소모량이 많아 전기세가 많이 나오듯, 전기차도 마찬가지다. 이로인해 실질적으로 겨울철 전기차의 주행가능거리는 최대 40%까지 감소하기도 한다. 엔진 열을 사용하는 내연기관차와 달리 전기차는 전기를 소모해 난방을 해야하기 때문이다. 400km 가는 전기차를 겨울에 방치해둔 채 운전을 한다면 160km나 손해를 본다.

③ 이제는 필수 기능, 전기차 히트펌프

겨울철 저온 상태의 배터리 한계를 보완하기 위해 등장한 기술이 ‘히트펌프 시스템’이다. 전기차의 치명적인 단점을 보완하는 사실상 유일한 기술이다. 기본 원리는 실내 난방에 사용되는 전력을 최소화함으로써 성능 감소를 최소화 한다. 구체적으로 에어컨의 동작원리와 비슷하다. 에어컨의 ‘냉매’는 압축과 응축 과정에서 뜨거워지고, 팽창하고 증발하는 과정에서 차가워지는데, 이 때 차가워진 냉매로 실내 공기를 차갑게 식히는 것이 에어컨의 원리이다. 냉매의 열은 실외기를 통해 밖으로 방출된다.

히트펌프 시스템은 압축기에서 발생한 열을 이용한다. 그리고 전장 부품 냉각 과정에서 발생한 폐열도 실내 난방에 활용한다. 또한 배터리가 저온으로 내려가지 않도록 상온 유지 효과도 기대할 수 있다.

④ 국산 전기차는 걱정하지 않아도 되는 이유

사실 히트펌프 개념은 2012년 닛산 리프가 원조다. 이어서 BMW i3, 폭스바겐 e-골프에 적용되면서 전기차의 효율을 끌어올리는 노력들이 이어졌다. 비슷한 시기 현대차와 기아는 쏘울 EV(1세대)와 아이오닉 일렉트릭에 히트펌프를 처음으로 적용했다. 과거 환경부 조사자료에 따르면 2020년 기준 현대차의 1세대 히트펌프 기술이 적용된 아이오닉 일렉트릭(구형)의 저온 주행 거리 효율은 약 76%로 나타났으며, 닛산 리프는 약 67%, BMW i3는 64%를 기록했다.

■ 히트펌프 기술도 점차 고도화 되어간다

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우리나라를 기준으로 현대차는 히트펌프 시스템을 개선하는 데에 열을 올리고 있다. 새로운 열원을 발굴하는 것을 넘어, 복잡하게 연결된 히트펌프 관련 부품을 하나로 통합하는 연구도 진행하고 있다. 아직 루머이기는 하지만 GV90이 출시될 때는 온돌 기능도 추가된다고 한다. 전기차 시장에서 히트펌프는 성능 보존을 위한 필수 기능으로 자리잡았다. 과연 앞으로 더 높은 효율을 낼 수 있는 더욱 고도화된 기술이 나올지 기대가 된다.

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