현대·기아, 신형 히트펌프 기술로 EV 효율 극대화

현대자동차와 기아자동차가 혁신적인 히트펌프 시스템의 새로운 세부 사항을 오늘 공개했다. 이 시스템은 현대·기아의 글로벌 전기차(EV) 라인업에 적용되어 저온에서의 주행 가능 거리를 극대화한다.

현대·기아의 히트펌프는 선도적인 열 관리 혁신 기술로, 폐열을 회수해 실내를 난방함으로써 현대·기아 EV가 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리를 극대화한다. 이를 통해 EV 운전자는 다른 EV와 달리 전기 주행 거리에 큰 영향을 주지 않고 추운 날씨에도 차량 실내를 난방할 수 있다.

이 기술은 2014년 1세대 기아 쏘울 EV에 처음 도입됐다. 압축기, 증발기, 응축기로 구성된 히트펌프는 차량 전기 부품에서 발생하는 폐열을 포착해 이 에너지를 재활용함으로써 실내를 보다 효율적으로 난방했다. 이 기술 덕분에 쏘울 EV의 180km 전기 주행 거리가 추운 날씨 조건에서도 보호됐다.

업계를 선도하는 히트펌프 시스템은 이제 현대·기아의 신형 EV를 위해 더욱 발전됐다. 새로운 시스템은 더 많은 열원에서 폐열을 회수해 추운 날씨에서 최적의 EV 주행 거리를 제공한다. 이러한 혁신 덕분에 현대·기아 EV는 다른 EV가 한 번 충전 주행 거리가 크게 감소하기 시작하는 온도에서도 더 일관된 주행 거리를 제공한다. 최신 히트펌프 기술을 탑재한 코나 일렉트릭은 최근 세계에서 가장 앞선 EV 시장인 노르웨이에서 실시된 테스트에서 이를 입증했다.

코나 일렉트릭, 노르웨이 실제 주행 거리 검증 테스트 우승

노르웨이 자동차 연맹(NAF)은 최근 20종의 EV를 추운 날씨와 따뜻한 날씨 조건에서 비교해 가장 일관된 주행 거리와 충전 성능을 보이는 모델을 선정했다. 이 테스트는 각 차량의 추운 조건에서의 성능 편차를 제조사 발표 수치와 비교했다.

코나 일렉트릭은 1위를 차지하며 추운 날씨에 405km를 주행했다. 이는 WLTP 복합 사이클 테스트 조건(23°C)에서 발표된 449km와 비교된다. 혹한의 날씨에서 코나 일렉트릭은 WLTP 복합 사이클 주행 거리의 91%를 제공해, 발표된 전기 주행 거리와의 편차가 9%에 불과했다.

작동 원리: 에너지 소모 없는 EV 실내 난방

현대·기아의 히트펌프 기술은 6년 전 1세대 기아 쏘울 EV에 처음 적용됐다. 이후 업계 선도적인 히트펌프 기술은 현대·기아의 신형 EV를 위해 더욱 발전됐다. 이제 구동 모터, 온보드 충전기, 인버터 등 PE 모듈뿐만 아니라 배터리 팩과 완속 충전기에서 발생하는 추가 폐열을 재활용해 훨씬 더 많은 에너지를 회수한다.

이 시스템은 이러한 부품에서 발생하는 열을 이용해 냉매를 액체에서 기체로 증발시킨다. 고압 가스는 압축기에서 배출되어 응축기로 강제 유입되어 다시 액체로 변환된다. 이 과정에서 추가 열에너지가 발생하며, 히트펌프가 이를 회수해 실내 난방에 사용한다.

이렇게 포착된 에너지는 HVAC(난방, 환기, 공조) 시스템의 효율을 높여, 이를 재활용해 실내를 더 효율적으로 난방하고 배터리 전력 소모를 최소화한다. 배터리 부하를 줄임으로써 히트펌프는 HVAC 시스템의 에너지 소비를 낮춰 차량의 가용 전기 주행 거리를 극대화한다.

현대·기아는 히트펌프 기술을 지속적으로 개발해 에너지 포착 및 효율을 더욱 개선하고 있다. 이 시스템은 2014년 도입 이후 북부 스웨덴의 극한 추위 테스트를 통해 점진적으로 개선돼 왔으며, 겨울철 기온이 -35°C까지 내려가는 곳에서도 테스트를 진행했다. 극한의 추위에서 테스트함으로써 연구 엔지니어들은 히트펌프 시스템의 효율을 높이기 위해 가능한 한 많은 폐열을 재활용할 수 있는 추가 방법을 찾아냈다. 이러한 조건에서 기술을 테스트함으로써 히트펌프가 가장 추운 환경에서도 작동할 수 있음을 보장한다.

배터리 팩 열 관리, EV 주행 거리 향상

히트펌프는 현대·기아의 현재 EV 세대에 적용된 여러 혁신 기술 중 하나이며, 열 관리를 통해 EV 배터리 팩의 획기적인 개선도 이루어졌다.

기존의 공랭식 대신 현대·기아 EV 배터리 팩에 수냉식 시스템을 적용해 물리적 크기를 늘리지 않고도 주행 거리를 추가로 향상시켰다. 이 개발로 현대·기아 EV의 배터리 셀을 훨씬 더 밀집하게 패키징할 수 있게 됐으며, 수냉 채널이 공냉 채널보다 공간을 덜 차지해 배터리 밀도가 최대 35% 증가했다.

이 혁신 덕분에 현대·기아의 최신 EV는 1세대 EV에 비해 약 2배의 주행 거리와 배터리 용량을 제공하며, 한 번 충전으로 훨씬 더 먼 거리를 주행할 수 있다. 예를 들어, 1세대 쏘울 EV는 30kWh 리튬이온 폴리머 배터리 팩으로 약 180km의 전기 주행 거리를 제공했다. 반면 2세대 쏘울 EV는 비슷한 공간을 차지하는 64kWh 배터리로 한 번 충전 시 최대 386km를 주행할 수 있다.

한국 환경부가 현대 코나 일렉트릭과 기아 니로 EV를 대상으로 실시한 연구에 따르면, 히트펌프가 추운 조건에서 배터리 소모를 크게 줄이는 것으로 나타났다. 각 차량을 -7°C에서 HVAC 시스템을 작동시킨 상태로 주행했을 때, 외부 온도 26°C에서 주행한 경우와 비교해 주행 거리의 90%를 유지해 다른 EV의 새로운 기준을 세웠다. 반면, 다른 제조사의 많은 EV는 동일한 테스트 조건에서 총 전기 주행 거리가 18~43% 감소했다.

히트펌프 기술의 추가 개발

현대·기아는 히트펌프 시스템 및 기타 열 관리 혁신 기술을 지속적으로 개선하고 있으며, 이 기술들은 현재 각 브랜드의 차세대 EV 개발에 활용되고 있다.

현대자동차는 '전략 2025' 계획에 따라 2025년까지 배터리 EV와 FCEV(수소연료전지차)를 연간 67만 대 판매하고, EV 제조사 톱3에 진입하는 것을 목표로 하고 있다. 기아의 중장기 전략 '플랜 S'는 같은 기간 동안 브랜드의 EV 라인업을 11종으로 확대할 계획이다.