[아롱 테크] 아무리 잘난 배터리도 '히트 펌프' 없으면 효율 뚝...전기차 냉ㆍ난방 책임
[아롱 테크] 아무리 잘난 배터리도 '히트 펌프' 없으면 효율 뚝...전기차 냉ㆍ난방 책임
  • 김아롱 칼럼니스트
  • 승인 2022.05.23 09:27
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전기차는 에어컨을 많이 사용하는 여름철이나 히터를 사용하는 겨울철에 주행거리가 감소하는 것으로 알려졌습니다. 특히 여름철보다 겨울철에는 배터리 성능 저하와 함께 히터 사용으로 주행거리가 급격히 떨어지는 경향이 있습니다.

한국에너지공단 자동차연비센터가 기온변화에 따른 전기차 연비 및 1회 충전 주행거리를 테스트한 결과 겨울철(-7℃)에는 차량 실내온도조절(히터)에 소비되는 에너지가 발생해 연비가 낮고 주행거리가 짧았습니다. 반면 여름철(평균 25℃)에는 배터리 성능이 상승함에 따라 연비가 높을 뿐 아니라 주행거리도 가장 높은 것으로 나타났습니다.

환경부는 올 초 국내에서 시판중인 전기차의 상온(20~30℃)과 저온(-7℃)에서의 1회 충전 주행거리를 발표하고 올해부터 상온 대비 저온 주행거리가 65~70% 이상이어야 보조금을 지원합니다. 내년부터는 65~75% 이상, 2024년부터는 70~80% 이상으로 기준을 단계적으로 상향 조정할 계획입니다.

환경부 발표에 따르면 히트펌프(heat pump)가 적용된 전기차들보다 미적용된 모델들이 상대적으로 상온과 저온에서의 주행거리 차이가 큰 것으로 나타났습니다. 이에 따라 전기차는 무조건 히트펌프가 달려있어야 한다는 소비자들의 인식이 강해진 것 같습니다.

그렇다면 히트펌프란 무엇일까요? 우선 전기차 냉·난방장치는 난방장치(Heating System)와 냉방장치(Air Condition)가 내연기관처럼 별도의 시스템으로 구성된 것이 아니라 HVAC(Heat Ventilation Air Conditioning) 시스템이라는 하나의 시스템으로 구성돼 있다는 점에 차이가 있습니다.  

먼저 내연기관차 엔진은 연료를 연소하면서 생기는 연소열과 각종 기계부품이 작동하면서 발생하는 마찰열 등 많은 열이 발생합니다. 엔진 주변을 순환하는 엔진냉각수가 이러한 엔진 열을 흡수해 엔진을 식혀주고 동시에 열교환기를 통해 히터를 작동하는데 사용되어 집니다.

엔진에서 발생하는 열을 흡수해 뜨거워진 냉각수는 차량 앞쪽에 위치한 라디에이터를 통해 냉각되어 다시 엔진 내부를 흐르게 되는데, 자동차 난방시스템은 냉각수가 라디에이터로 이동하기 전에 자동차 실내 대시보드 아래쪽에 있는 히터코어(Heater Core)를 순환하면서 열교환에 의해 실내로 더운 공기를 공급합니다.

즉 뜨거워진 냉각수가 히터코어를 지날 때 히터코어 뒤쪽에 있는 블로어 모터가 팬을 이용해 바람을 불어넣으면 냉각수의 열이 식혀지면서 생성한 뜨거운 바람으로 난방을 하는 것이죠. 에어컨시스템은 이와 반대로 차가운 에어컨 냉매가 에바포레이터 코일(Evaporator Core)을 통해 실내로 차가운 공기를 공급합니다.

전기차는 내연기관차와 동일한 냉방장치를 사용하지만 엔진과 같은 열원이 없는 난방장치는 구조에 차이가 있습니다. 따라서 겨울철과 같이 추운 날씨 때 난방을 위해 난방장치 대신 냉방장치를 사용합니다. 즉 에어컨의 작동원리와 반대로 에어컨 컴프레서를 구동시켜 압축된 뜨거운 열을 실외(라디에이터)가 아닌 실내에 방출하고 증발 잠열을 차량 외부로 보내는데 이러한 시스템을 히트펌프 시스템이라고 부릅니다.

즉 에어컨 냉매의 순환경로를 변경해 고온, 고압의 냉매를 내연기관차의 엔진 열처럼 열원으로 사용하는 것입니다. 요즘 사무실은 물론 가정용으로도 많이 사용되고 있는 시스템 에어컨의 경우 한 대의 실외기로 여러 대의 에어컨을 작동할 뿐 아니라 추울 때는 온도를 높여서 히터 대용으로 사용하고 있는 것과 같은 원리이지요.

일부 전기차의 경우 히트펌프 대신 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터라는 전기난로를 사용합니다. PTC 히터는 고전압 배터리 전원을 사용하므로 히트펌프 적용 차량보다 상대적으로 배터리 소모가 빠를 수밖에 없습니다. 당연히 주행거리가 줄어들 수밖에 없지요. 난방효율도 히트펌프 대비 1/3 정도 낮습니다. 고전압 배터리의 손실을 줄이기 위해 히트펌프와 PTC 히터를 동시에 사용하는 전기차도 있습니다. 

또한 히트펌프와 PTC 히터는 즉시 동작하기 때문에 내연기관차처럼 실내가 따뜻해질 떄까지 일정시간 기다리는 시간이 필요없는 것이 장점입니다. PTC 히터는 디젤차에도 사용되고 있습니다. 가솔린 엔진보다 열효율이 더 좋은 디젤 엔진은 엔진이 정상작동 온도까지 오르는데 걸리는 시간이 길기 때문에 상대적으로 난방효율이 떨어지는 편입니다. 추운 겨울 날 가솔린차보다 디젤차가 히터를 켰을 때 실내가 따뜻해지는 시간이 더 오래 걸리는 이유입니다. 따라서 디젤차의 난방시스템은 프리히터(Pre Heater) 또는 PTC 히터가 적용되고 있습니다.


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