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테슬라 모델Y의 또 다른 혁신 히트펌프, 모델3에도 달아 줄까?

  • 이직 기자
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    입력 : 2020-10-14 19:21:08

    테슬라 전기차 안에는 다양한 혁신이 숨어 있죠. 오늘은 테슬라에 들어 있는 또 다른 혁신. 히트펌프에 대해 살펴 보겠습니다.

    히트펌프는 공조장치 중 일부인데요. 에어컨을 켜거나 히터를 켤 때 사용 되는 부품입니다.
    전기차는 모든게 배터리에서 꺼낸 전기로 작동이 됩니다. 따라서 전기차 제조사들은 어떻게 하면 배터리를 적게 소모하게할까 엄청나게 연구를 하고 있죠. 배터리 소모는 결국 주행거리 단축을 말하는 것이고, 주행거리가 짧으면 소비자들이 차를 안 사기 때문이죠.

    소비자들은 까다로워서 주행거리 짧은 차를 싫어합니다. 그렇다고 무작정 배터리를 많이 넣을 수도 없습니다. 배터리 가격이 너무 비싸기 때문이죠.

    ▲ 테슬라 모델Y의 히트펌프 부분
    지금 분위기를 보면 승용차에는 100kwh이상의 배터리는 거의 안 넣을 것같습니다. 100kwh 배터리만해도 500kg 이 넘게 나가서 너무 무겁거든요. 70kg 몸무게의 어른 7명 넘게 타고 있는 것과 마찬가지의 무게라 할수 있죠.

    (2012) 테슬라 모델S: 85kWh, 600kg [141.7Wh/kg]

    (2017) 테슬라 모델3: 75kWh, 478kg [156.9Wh/kg]

    (2018) 현대 코나 일렉트릭: 64kWh, 453kg [141.3Wh/kg]

    (2018) 아우디 e-tron: 95kWh, 700kg [135.7Wh/kg]

    (2016) 쉐보레 볼트EV: 60kWh, 435kg [137.9Wh/kg]
     

    ▲ 전기차에 들어가는 배터리팩
    배터리는 크게 3곳에 전기를 많이 쓰는데, 주행하는데 가장 많이 쓰겠죠. 그 다음으로는 히터를 트는데 많이 씁니다. 그 다음이 에어컨 트는데 많이 쓰고요.

    에어컨 트는 것보다 히터 트는데 3배 정도 전기를 더 쓴다고 합니다. 물론 내부적으로 보면 배터리를 데우거나 식히는데에도 전기를 소모하죠.

    아무튼 전기차는 배터리에 든 전기로 모든걸 다 해야 하기 때문에 엄청나게 전기를 아껴 쓰도록 설계를 해야 합니다. 전기차가 내연기관차를 보면 이해가 안 될 수 있습니다. 너무 열을 헤프게 버리는거죠.
    내연기관 차는 기본적으로 엔진에서 기름을 폭발시켜서 그 힘으로 가기 때문에 기본적으로 열이 많습니다. 그러나 전기차는 내연기관차에 비해 발생하는 열이 훨씬 적겠지요.

    전기차는 내연기관차 대비 발생하는 열이 적기도 하고, 열을 만드는데도 많은 전기가 들어 가기 때문에 열을 하나도 버리지 않고 알뜰하게 재활용하고 싶어 합니다. 열을 얼마나 재활용을 잘 하느냐가 결과적으로 주행거리로 나타납니다. 헤프게 쓰는 차는 한번 충전해서 갈 수 있는 거리가 짧고, 열을 잘 재활용하는 차는 주행거리가 길어서 소비자들로부터 칭찬을 듣고 더 많은 소비자들이 이 차를 사게 됩니다.

    지난번에 테슬라의 혁신으로 옥타밸브에 대해 설명을 드렸었는데요. 아직 못 보신 분이 있다면 옥타밸브편을 한번 보시면 이해가 높아질 것 같습니다.

    결국 테슬라는 히트펌프와 옥타밸브를 통해 엄청나게 열을 효율적으로 관리하고 재활용하고 있습니다. 이 부분이 엄청난 경쟁력인데요. 테슬라는 옥타밸브를 도입해 주행 거리를 10% 정도 더 늘리게 되었다고 합니다.

    지난 번에는 옥타밸브에 대해 자세히 설명해 드렸다면, 이번에는 옥타밸브 바로 옆에 있는 짝꿍. 히트펌프에 대해 이야기해 보겠습니다. 실제로 테슬라 모델Y 전면 프렁크를 뜯어 보면 옥타밸브와 히트펌프는 나란히 위치하고 있지요.

    오늘 이야기 하고 있는 테슬라의 히트펌프는 국내 업체 한온시스템이 납품을 했습니다. 테슬라에 국내 업체 부품이 많이 들어간 것은 정말 자랑스러운 일인데요. 조향장치 즉 핸들과 브레이크는 만도에서 납품하고, 공조시스템은 한온시스템에서 납품하고, 디스플레이는 LG디스플레이가 납품했죠.

    배터리는 LG화학이 일부 납품 중이고, 차제금형은 엠에스오토텍과 화신테크, 모터는 S&T모티브, 브레이크 페달은 화신이 납품하고 있지요. 세계적인 전기차 테슬라가 국산 부품을 많이 쓴다는 것은 우리 기술력을 인정했다는 것이어서 너무 자랑스러운데요.

    오늘 이야기할 히트펌프가 우리 한국에서 만든 부품이라 더 자랑스럽네요.

    한온시스템은 한라공조였고, 이전에 한라비스테온공조이기도 했습니다. 아무튼 회사 이름에서도 공조장치를 엄청 오래 개발해 온 업체임을 느낄 수 있죠.

    한온시스템이 납품한 히트펌프이니, 한온시스템 자료를 보면 확실한데요.

    한온시스템에서는 히트펌프를 어떻게 설명해 놓았나 봤더니, 이렇게 써 놨네요.

    전기자동차용 공조장치는 냉매를 사용하는 냉방시스템(증기압축 사이클)과 히터를 이용한 난방시스템으로 구성되며, 적절한 온도를 유지하기 위해 두 개의 시스템을 동시에 작동하여 실내쾌적성을 유지하도록 제어된다.

    본 제품은 기존의 증기압축 사이클을 이용하여 외기온이 높은 조건에서는 냉매의 저온부를 냉방용으로 사용하고, 외기온이 낮은 조건에서는 냉매의 고온부를 난방으로 사용가능한 전기자동차용 히트펌프시스템을 상용화하기 위한 기술이다.

    기존의 전기를 이용한 히터는 열효율이 1보다 낮아 (0.9~0.95)필요한 열량보다 많은 전기 에너지를 소모하는 반면, 히트펌프 시스템은 성적계수((COP)가 항시 1 보다 큼으로 (1.5~4) 동일 난방 성능을 얻기 위해 전기히터를 사용하는 시스템 보다 에너지 효율을 30~60%까지 줄일 수 있다.

    이러한 효과는 전기차에서 최대 7kw의 난방열원이 필요한 시스템에서 배터리의 소비전력을 감소시킴으로서 1회 충전 주행거리를 약 21% 증대시킬 수 있으며, 전기자동차용 히트펌프시스템을 설계할 수 있는 국내기술을 확보하였다. 라고 되어 있네요.

    결국 히트펌프는 자체적으로 열을 만들어 내는 것이 아니고, 배터리나 인버터 등에서 발생한 열을 자동차 히터에 끌어와서 쓰는 장치라고 할 수 있습니다. 히터의 보조장치라 할 수 있겠지요.

    히터를 돌리는데 전기가 필요하고 배터리를 쓰는건데, 다른데서 발생한 열을 끌어 와서 도와주면 히터에 전기를 덜 써도 되겠지요. 이 차이가 상당하다는 겁니다.

    전기차에서 히트펌프를 썼을.때와 안 썼을 때 차이가 주행거리 21% 차이로 나타난다고 합니다.

    히트펌프 없는 구형 모델3와 히트펌프 들어가는 신형 모델3를 비교해 보면 히트펌프의 효과를 확인할 수 있을 것 같은데요.

    최근에는 인버터, 구동 모터 등 전장 부품에서 발생하는 열까지 모두 회수해 난방에 사용하는 방식의 히트펌프가 개발되고 있고, 비슷한 기능의 부품들을 통합해 부품 수를 줄이는 방식으로 기술 발전이 이뤄지고 있습니다.

    이를 통해 중량을 감소시키고 열 관리 효율성도 높이는 것이죠. 그래서 최근 출시되는 전기차들에는 히트펌프를 기본 또는 옵션으로라도 장착해서 출시하는 추세입니다. 히트펌프는 테슬라만 도입하는 것은 아니며, 대부분의 전기차 업체들이 도입을 하거나 하려고 하고 있습니다.

    그런데 히트펌프는 주로 겨울철에 차량 주행거리에 큰 영향을 미칩니다. 특히 기존의 테슬라 모델3의 경우 히트펌프가 들어 있지 않습니다. 그래서 모델3는 겨울에 주행거리가 확 줄어 드는데요. 여름 대비 64%정도까지 줄어 드는걸로 나오고 있습니다.

    반면 테슬라 모델Y에는 히트펌프가 들어 있는데요. 그렇다 보니 겨울철에 모델3보다 모델Y는 더 멀리 주행할 수 있다는 이야기죠.

    그런데 말입니다.

    테슬라는 모델3에도 히트펌프와 옥타밸브를 넣으려고 하는 것 같습니다. 올해 8월 경에 테슬라는 모델3 프렁크 모양을 변경했습니다. 기존 프렁크 보다 좀 더 깊고 작게 바꾼건데요. 이렇게 모양을 바꾼 이유가 히트펌프와 옥타밸브를 장착할 공간을 만들기 위함이라는 이야기가 있습니다.

    기존에도 테슬라는 모델Y에 넣은 USB 타입C 포트와 무선충전 패드를 모델3에도 적용한 바 있지요. 요즘 모델3 인도 받으시는분들 차를 보면 USB 타입C 포트와 무선충전 패드가 적용되어 있습니다.

    여기에 더해 테슬라는 모델Y의 최대의 강점인 히트펌프와 옥타밸브를 모델3에 넣으려 하고 있습니다. 이게 현실이 되면 모델3도 겨울에 주행거리가 훨씬 개선 될 것으로 보입니다. 정말 부럽네요. 구형 모델3 오너로서 부럽습니다.

    이렇게까지 되면 모델3가 훨씬 좋아지는게 되죠. 단차문제도 점점 개선 되고 있습니다. 옥타밸브로 테슬라가 계속 개선해서 효율이 크게 높아졌고요.

    구형 모델3를 타는 사람들은 여러가지 불만이 있었습니다. 그 중에 많은 부분이 모델Y에서 고쳐졌고요. 그게 또 모델3에도 적용 되면 앞으로 모델3를 사는 분들은 훨씬 나은 제품을 받게 될 것 같습니다.

    일론머스크는 9월 22일 배터리데이 때 한달 내로 완전자율주행 베타버전을 내 놓겠다고 했지요. 올해 내로 이 완전자율주행이 모델3에 탑재 되고, 히트펌프와 옥타밸브까지 장착 되면 안 살 이유가 없는 차가 될 것같습니다.

    현재 들리는 이야기로는 게임도 더 들어 갈 예정입니다. Call of Booty라는 게임이 될 것 같은데. 테슬라 차에서 FPS게임을 즐기는 날이 올까요?

    일론머스크는 FSD옵션에 벡터 기반의 버드아이뷰를 넣겠다고 했습니다. 어라운드뷰이고, 차 주변 360도를 다 보여 주는 뷰죠. 기존에는 후진할 때 후방카메라만 보여 주다가 최근 측면 카메라 영상도 같이 보여주는걸로 개선 되었습니다. 그런데 이젠 360도를 다 보여 주겠다고 합니다. 그것도 벡터 기반으로 말이지요. 정말 기대가 되는데요.

    또 뉴럴링크와 테슬라 자율주행을 연동시키겠다고 합니다. 오라고 생각만하면 차가 나를 찾아 오고, 어디로 가고 싶다고 생각만 하면 차가 알아서 데려다 주는 시대가 곧 오도록 하겠다는 것입니다.

    신라시대 김유신 장군의 말이 평소 드나들던 기생 술집인가요? 거기로 데려간 말의 목을 쳐 죽인 스토리가 있죠. 사랑하면 안 되는 사람을 사랑하면서 그 집 앞으로 가고 싶다고 생각만 했을 뿐인데, 테슬라 차가 애인 집 앞으로 데려 가면, 차를 부셔 버려야 하나요? 일단 이런 고민은 뉴럴링크가 상용화 된 후에 하는걸로 하고.

    이상 전기차 알려주는 남자 전차남이었습니다. 


    베타뉴스 이직 기자 (leejik@betanews.net)

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