전기차에서의 효율적인 냉매 쿨링 방법

전기차에서 냉매쿨링 문제로 인해 배터리 냉각이 제대로 이루어지지 않는 경우, 특히 고온 환경인 인도에서의 문제를 해결하기 위해서는 다음과 같은 기술적 접근 방법이 필요합니다. 

 

1. 듀얼 루프 냉각 시스템

• 듀얼 루프 냉각 시스템은 전기차에서 승객실과 배터리를 독립적으로 냉각할 수 있는 기술입니다. 기존 시스템에서는 하나의 냉각 회로로 에어컨과 배터리 냉각을 동시에 처리하다 보니, 운전자가 에어컨을 강하게 작동시키면 배터리 냉각 성능이 저하될 수 있습니다.

듀얼 루프 시스템의 작동 방식:

• 하나의 회로는 배터리 팩만을 위해 사용되고, 다른 하나는 운전석 및 승객실 냉각에 집중됩니다.
• 냉각 성능이 요구될 때 두 개의 개별 냉각 사이클이 서로 간섭하지 않으므로, 배터리 온도를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

인도 전기차 적용 사례:

• Tata Motors의 전기차 Tata Nexon EV와 같은 차량은 냉각 성능 강화를 위해 냉각 시스템을 개선한 바 있습니다. 이러한 차량들은 인도의 고온 환경에 대응하기 위해 배터리와 승객실 냉각을 보다 효율적으로 처리하도록 설계되었습니다.

2. BTMS (배터리 열 관리 시스템) 강화

• BTMS는 배터리의 온도를 제어하여 안전성을 높이는 핵심 기술입니다. 이를 통해 전기차는 배터리 온도를 실시간으로 모니터링하며, 온도 임계값을 초과할 경우 냉각을 집중시키는 방식으로 설계됩니다.
• 특히 액체 냉각 시스템을 사용하여 배터리의 열을 빠르게 전달하고 외부로 배출하는 방식이 효과적입니다. 이는 배터리 셀 간의 열 분포가 균일하게 이루어지도록 도와 고온 환경에서도 성능 저하를 방지할 수 있습니다.
• 고온 환경에서 배터리 수명을 보호하기 위해 일부 차량에서는 예측적 열 관리 시스템이 사용되는데, 이는 배터리가 온도 상승을 예상하여 미리 냉각 성능을 강화하는 알고리즘입니다.

인도 전기차 적용 사례:

• Mahindra의 eVerito 전기차는 배터리 열관리에 중점을 두고 설계되었습니다. 인도의 다양한 기후 조건에 맞추어 효율적인 BTMS를 도입하여 배터리의 과열을 방지하고 있습니다.

3. 히트 싱크 및 액티브 쿨링

• 히트 싱크는 배터리에서 발생하는 열을 빠르게 전달해 외부로 방출하는 장치입니다. 이를 통해 열이 집중되지 않도록 배터리 셀 사이의 열을 분산시킵니다.
• 액티브 쿨링은 작은 팬이나 펌프를 사용하여 공기나 액체를 강제로 순환시켜 냉각을 돕는 방식입니다. 이 방법은 특히 고온 지역에서 배터리 과열을 방지하는 데 효과적입니다. LFP 배터리는 다른 리튬 기반 배터리보다 열에 덜 민감하지만, 지속적인 고온 노출 시 열 축적이 문제가 될 수 있습니다.

적용 기술 사례:

• Tesla는 인도 시장 진출에 앞서 Model 3에 고성능 냉각 기술을 적용하고 있으며, 특히 고온 지역에서 액티브 쿨링을 통해 배터리 성능을 보호하고 있습니다.

4. 지능형 HVAC 시스템

• 지능형 HVAC 시스템은 운전석의 냉각과 배터리의 냉각이 서로 영향을 미치지 않도록 자동으로 냉각 성능을 조정하는 기술입니다. 이를 통해 차량의 두 냉각 시스템이 실시간으로 상호작용하며 효율적인 에너지 분배를 가능하게 합니다.
• 예를 들어, 배터리 온도가 급상승할 경우 시스템이 자동으로 운전석 냉각 성능을 조절하여 배터리 쿨링에 더 많은 냉각 자원을 할당합니다. 이 과정에서 운전자가 불편함을 느끼지 않도록 미세한 조정이 이루어집니다.

적용 기술 사례:

• Tata Nexon EV Max는 인도의 뜨거운 기후에 대비한 지능형 HVAC 시스템을 적용하여 승객실의 냉각 성능을 유지하면서도 배터리 냉각 효율을 최적화하고 있습니다.

5. 전력 관리 소프트웨어 최적화

• 전력 관리 소프트웨어는 배터리, HVAC, 에어컨 등 다양한 시스템이 사용할 전력을 효율적으로 분배하는 역할을 합니다. 배터리 온도가 일정 수준 이상으로 올라갈 경우, 에어컨 출력을 낮추고 배터리에 더 많은 전력을 할당하여 냉각 성능을 극대화할 수 있습니다.
• 이는 열폭주 현상과 같은 문제를 예방하고, 배터리의 안전성과 수명을 보장하는 중요한 역할을 합니다.

적용 사례:

• Mahindra eKUV100 전기차는 인도 기후에 맞춘 전력 관리 소프트웨어를 탑재하여 냉각 성능을 제어하고, 배터리 성능 저하 없이 차량의 효율성을 높이고 있습니다.

6. 고효율 냉매 적용

• 배터리 냉각 성능을 높이기 위해 기존 냉매보다 더 높은 냉각 효율을 가진 R134a 또는 R1234yf와 같은 친환경 냉매를 사용할 수 있습니다. 이는 전체 시스템의 냉각 성능을 향상시키며, 배터리와 운전석 냉각을 동시에 처리할 때 성능 저하를 방지합니다.

적용 기술 사례:

• MG ZS EV와 같은 전기차는 R1234yf 냉매를 사용하여 배터리와 승객실 모두의 냉각 성능을 향상시키고 있습니다. 이 차량은 인도 시장에서도 출시되었으며, 높은 외부 온도에서도 안정적인 성능을 유지하고 있습니다.

결론:

인도와 같은 고온 지역에서 배터리 과열 문제를 해결하기 위해서는 듀얼 루프 냉각 시스템, BTMS 강화, 액티브 쿨링, 지능형 HVAC 시스템, 전력 관리 소프트웨어 최적화, 고효율 냉매 사용과 같은 다양한 기술적 접근이 필요합니다. 이러한 기술들은 실제로 인도 시장에서도 일부 전기차 제조사들이 채택하고 있으며, 이는 고온 환경에서의 성능을 개선하고 안전성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.