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현대기아차 개발자가 밝힌 '고효율 히트펌프' 비밀
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현대기아차 개발자가 밝힌 '고효율 히트펌프' 비밀
  • 양정혜 기자
  • 승인 2020.06.15 08:15
  • 댓글 0
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히트펌프 개발에 참여한 (왼쪽부터) 조완제 책임연구원, 김재연 글로벌R&D마스터, 박남호 파트장
히트펌프 개발에 참여한 (왼쪽부터) 조완제 책임연구원, 김재연 글로벌R&D마스터, 박남호 파트장

추운 겨울철 누구나 한 번쯤은 스마트폰 배터리가 빨리 소모돼 전원이 꺼진 경험이 있을 것이다. 배터리를 탑재한 전기차 역시 마찬가지다. 

온도가 낮으면 배터리 내부 저항이 증가해 에너지 효율이 크게 떨어지고, 주행 가능 거리도 줄어들기 마련이다. 게다가 실내 난방에 필요한 히터는 전기 에너지 소모가 매우 크기 때문에 전기차는 상온과 저온 사이에서 큰 성능 차이를 보인다. 

하지만 현대·기아차의 전기차 모델은 저온에서 전력 소모를 최소화해 겨울철에도 높은 효율을 발휘한다. 그 비결은 바로 히트펌프 기술이다. 최근 테슬라 CEO인 일론 머스크도 히트펌프 기술의 놀라운 효과를 언급했다. 이처럼 히트펌프는 전 세계 전기차 시장에서 주목받는 기술로 자리매김했다.

히트펌프 기술의 원리를 알아보기 위해 히트펌프 개발에 참여한 샤시선행개발팀 김재연 글로벌R&D마스터, 냉각설계1팀의 박남호 파트장, 조완제 책임연구원을 만났다.

이들은 "히트펌프는 전기차에 불리한 난방 효율을 극복하기 위해 개발된 기술"이라고 정의했다. 기존의 내연기관 자동차는 엔진에서 발생하는 많은 열에너지를 실내 난방에 활용하지만, 전기차는 히터를 켜기 위해 별도의 전기 에너지 즉, 배터리를 사용해야 한다. 하지만 히트펌프 기술을 활용하면 전기차에서도 난방 시스템을 효율적으로 가동할 수 있다. 

현대·기아차가 개발한 전기차 ‘고효율 히트펌프 기술’
현대·기아차가 개발한 전기차 ‘고효율 히트펌프 기술’

현대·기아차 역시 겨울철 주행 거리 감소를 해결하기 위해 전기차에 히트펌프 기술을 적용했다. 아울러 단순히 기존의 히트펌프 기술을 구현하는 데 그치지 않고, 폐열 회수 방식을 도입해 세계 최고 수준의 효율을 확보했다.

이들은 "히트펌프 기술은 에어컨의 원리와 비슷하다"며 "냉매는 압축과 응축 과정을 거쳐 온도가 높아지고, 팽창하고 증발하는 과정에서 온도가 낮아지는데, 에어컨은 차가워진 냉매를 활용해 실내에 시원한 바람을 제공한다. 반대로 뜨거워진 냉매는 실외기를 통해 열을 배출하죠. 히트펌프 역시 똑같은 과정을 거친다"고 기술 원리를 설명했다. 

다만 "에어컨이 실외기를 통해 열을 배출했다면 히트펌프는 그 열을 히터로 활용한다"라며 "히트펌프는 냉매가 압축, 응축, 팽창, 증발하며 순환하는 과정에서 발생하는 고온과 저온을 각각 활용해 히터와 에어컨을 동시에 구동하는 기술"이라고 말했다. 

히트펌프 시스템은 2012년 닛산 리프가 세계 최초로 적용했다. 이어서 BMW i3, 폭스바겐 e-골프, 그리고 비슷한 시기에 쏘울 EV(1세대)와 아이오닉 일렉트릭에 적용됐다. 

2020년 환경부 발표 자료에 따르면 현대차의 1세대 히트펌프 기술을 적용한 아이오닉 일렉트릭의 상온 대비 저온 주행 거리 효율은 약 76%, 닛산 리프는 약 67%, BMW i3는 64%를 기록했다. 이와 같이 히트펌프 기술 덕분에 아이오닉 일렉트릭이 더욱 높은 효율을 발휘한 것으로 드러났다.

히트펌프 개발에 참여한 (왼쪽부터) 조완제 책임연구원, 김재연 글로벌R&D마스터, 박남호 파트장
히트펌프 개발에 참여한 (왼쪽부터) 조완제 책임연구원, 김재연 글로벌R&D마스터, 박남호 파트장

이들은 "히트펌프의 성능은 열원을 얼마나 효율적으로 회수하는지에 따라 좌우된다"라며 "2012년 닛산 리프에 최초로 탑재된 히트펌프는 외부 공기의 열원만 활용한 데 반해, 쏘울 EV(1세대)는 공기 열원뿐만 아니라, 전기모터 및 인버터에서 발생하는 폐열원을 추가로 활용한 복합 열원 히트펌프 시스템을 적용했다"고 밝혔다. 

또한 "이후 지속적인 연구개발을 통해 배터리에서 발생하는 폐열과 충전 시 발생하는 열을 추가로 활용하는 고효율 히트펌프 시스템을 개발했고, 이를 현대차 코나 일렉트릭에 적용했다"고 설명했다. 

아울러 앞으로 출시 예정인 차세대 전기차에는 보다 발전된 히트펌프 시스템이 적용될 예정이다. 기존 코나 일렉트릭 대비 공기 열원을 더욱 적극적으로 활용해 난방 성능을 높이고, 냉매의 응축 성능도 향상시켜 에어컨 성능과 효율을 극대화하는 시스템을 선보일 계획이다. 

양정혜 기자 yjh0214@channelin.co.kr
 


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