[카&테크]미래 전기차 핵심 '열 관리' 기술

열 관리는 전기차 시대 경쟁력을 좌우할 핵심 기술로 꼽힌다. 열에너지를 효율적으로 관리해야 전기차 편의성을 높이면서 주행거리를 늘릴 수 있다. 배터리로부터 모든 에너지를 공급받는 전기차 특성상 에너지 효율은 늘 고민거리다. 미래 전기차 기술로 열 관리가 주목되는 이유다. 현대차그룹은 전기차 성능과 효율 극대화를 위해 다양한 열 관리 기술을 개발하고 있다.

현대차 미래 전기차를 보여주는 세븐 콘셉트카.

전기차에서 필연적으로 발생하는 열은 활용 방법에 따라 에너지 효율에 큰 영향을 미친다. 열을 방출하고 흡수하는 과정에서 효율성을 증대하면 편의 기능 활용과 주행거리 확보라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있다. 일반적으로 전기차 동력 전달 과정에서 전기 에너지 중 약 20%가 열에너지로 사라진다.

전기차의 가장 큰 과제는 낭비되는 열에너지를 최소화해 전력 효율을 높이는 것이다. 배터리를 사용하는 전기차는 인포테인먼트나 공조 장치와 같은 편의 기능을 더 많이 사용할수록 주행거리가 줄어든다. 겨울철에는 배터리 효율이 낮아져 평소보다 주행거리가 줄고 충전 속도도 늦어진다. 이를 해결하기 위해 현대차그룹은 전기차 각종 전장부품에서 발생하는 폐열을 실내 난방에 활용하는 히트 펌프 시스템을 통해 에너지 소모를 줄이고 있다.

전기차 대중화에 필수적인 열 관리 기술.

난방 효율을 극대화하는 신개념 난방 시스템.

전기차 배터리 효율성을 높이는 미래 열 관리 기술도 지속 연구 중이다. 난방 시 배터리로부터 공급받는 에너지를 최소화하기 위한 '신개념 난방 시스템'이나 새로운 '발열 유리 제상 시스템'과 같이 양산 적용에 임박한 기술이 대표적이다. '외부 열 관리 배터리 충전 스테이션'이라는 충전 인프라도 개발 중이다. 전기차에서 공조장치 사용 시 운전자의 편의성을 향상시키고 에너지 절약 효과까지 누릴 수 있는 '인공지능(AI) 기반 개인화 공조 제어로직'도 연구하고 있다.

배터리 온도를 유지하는 외부 열 관리 스테이션.

신개념 난방 시스템인 '복사열 워머' 기술은 히터를 이용해 공기를 가열하는 방식에서 벗어나 복사열 방식으로 인체에 열을 직접 전달한다. 한국 전통 온돌과 유사한 방식이다. 신규 발열체인 탄소 나노튜브 필름도 개발 중이다. 잉크 프린팅 타입으로 대량 생산이 가능하며 면 발열로 온도 분포를 균일하게 구현하는 소재다. 48V용 워머 시스템을 개발해 대시보드와 글러브박스, 센터콘솔, 도어 트림 등으로 난방 시스템 적용 범위를 확대할 계획이다.

겨울철 자동차 앞 유리에 쌓인 눈과 얼음을 신속하게 제거할 수 있는 발열 유리 제상 시스템은 뜨거운 바람이 아닌 발열 유리를 활용하는 새로운 방식을 채택했다. 전기차 배터리 열을 효율적으로 관리하기 위해서는 따뜻한 냉각수와 차가운 냉각수가 모두 필요하다. 외부 열 관리 스테이션은 내부에 두 가지 냉각수가 모두 준비되도록 설계해 효율성을 높인다.

미래 전기차에 최적화한 발열 유리 제상 시스템.

AI 기반 개인화 공조 제어 로직은 탑승자가 평소에 선호하는 공조 설정을 차량 AI가 학습한 뒤 날씨, 온도 등 다양한 상황을 고려해 탑승자에게 최적화된 공조 환경을 알아서 제공하는 기술이다. 공조 제어 로직이 전기차 통합 열 관리 제어 로직과 연계되면 탑승자 개입 없이 에너지 소모를 예측해 성능을 향상할 수 있다. 현대차그룹은 현재 개발 중인 열 관리 기술을 가까운 시일 내 등장할 차세대 전기차를 통해 상용화할 계획이다.

정치연기자 chiyeon@etnews.com