코나 EV 내부

사람의 몸에도 적정 체온이 있듯이 일반 내연기관 차량에서도 엔진의 적정 온도라는 것이 있습니다. 엔진은 기계와 기계가 서로 맞물려 들어가고 기본적으로 4행정 사이클을 거쳐 열에너지를 운동에너지로 전환하여야 하기 때문에 적정온도를 유지하는 것은 중요한 부분 중에 하나이다.

 

내연기관 차량의 4행정 사이클 개념도 (출처 : 환경부)

온도가 너무 높거나 낮게 되면 문제가 생기기 때문인데 일반적으로 내연기관 차량에서는 85도~90도 사이로 알려져 있습니다.

 

© michaelmroczek, (출처 : Unsplash)

그러나 전기차는 배터리에 저장된 전기에너지를 운동에너지로 전환하기 때문에 전기가 이동하는 데에 따른 저항 때문에 발생되는 열을 제외하곤 많은 열이 나지 않는다. 전기차의 모터는 내연기관 차량의 엔진과 다른 작동 방법과 특성으로 인해 적정 온도를 유지할 필요가 거의 없다. 이로 인해 두어 가지 차이점이 발생하는데 하나는 바로 겨울철 난방과 관련되어 있다.

일반 내연기관 차량은 엔진에서 적정온도를 유지하고 그에 따라 엔진이 정차 시에도 지속적으로 가동이 되어야 한다. 물론 요새 나온 차량들은 정차 시 엔진이 아예 꺼져버리는 기능들이 있지만(ISG) 이것이 과연 좋은 것인가는 의문점을 달 수밖에 없다.

 

하여튼 그로 인해 차량 운행 시에는 엔진룸의 온도가 상당히 뜨거운 편인데 이 열을 이용해 냉각수를 데우고 그것을 난방에 활용한다. 일반 내연기관 차량에서 히터를 꺼도 약간 더운 바람이 나오는데 이게 바로 엔진의 열이 지속적으로 공기와 기계들을 데우고 있어서이다. 그러나 전기차는 이러한 시스템과는 달리 차량 자체가 엔진열로 인한 히팅이 되지 않기 때문에 겨울철에는 좀 더 춥게 느껴진다.

 

© catiall, (출처 : Unsplash)

이러한 것은 겨울철 전기차(BEV)의 주된 난방 부품이 바로 PTC 히터이기 때문인데 이것은 전원을 꺼 버리면 바로 열이 식어버리고 다시 데우려면 최소한 20여 초 이상이 흘러야 다시 뜨거운 바람이 나오기 때문에 내연기관 차량의 히터 시스템과 조금 다르다.

다르게 말하면 전기차는 난방을 하는 데 있어 약간의 딜레이 타임이 있지만 내연기관 차량에서는 엔진 열이 어느 정도 히팅 시스템을 데우고 있기 때문에 히터를 틀면 딜레이 타임 없이 바로 뜨거운 바람이 나온다 이것은 차량이 장시간 서있었을 때 냉간 시에는 전기 차나 내 연기과 차나 같지만 운행 중에는 조금 불편한 상황으로 이어질 수 있는 개연성이 높다.

물론 전기차에도 히트 펌프라는 기술을 적용해 어느 정도 보완을 하고는 있지만 그것이 기존 내연차량의 따듯함? 을 대처하기엔 부족해 보인다. 배터리와 모터에서 나는 열을 모아 재활용해 봤자 내연기관 차량의 엔진에서 나는 열과 비교하기엔 너무 차이가 많이 난다.

 

히트 펌프 개념도(난방 시)

다른 시각으로 보면 열이 난다는 것은 에너지의 손실을 의미할 수도 있는데 엔진 안에서 4행정을 반복하면서 일부 에너지는 버리지 게 되는 것으로 볼 수 있다. 그렇다고 해서 전기차는 버려지는 에너지가 없냐? 그것은 또 아니다.

어차피 전기의 이동과 모터의 회전 등으로 열이 발생하긴 하는 데 효율상으로만 따지면 전기차의 효율이 더 좋을 뿐 전기차역시 버려지는 에너지가 없는 것은 아니다. 게다가 전기차는 충전을 할 때 손실률도 있기 때문에 정확한 연구가 이루어져야 어떤 것이 더 좋다 나쁘다를 이야기할 수 있을 것 같다.

두 번째로는 연료의 차이로 인한 부품의 간소화 명령 체계의 단순화로 인한 빠른 응답력과 가속력이다. 우선 응답력에 있어서는 기존 내연차량이 동급 순수 전기차에 비해서 비교할 수준이 되지 못한다. 물론 동급이라고 하기엔 가격차이가 있어 조금 모순된 점이 있지만 성능만 놓고보면 그 위 등급의 차량과 비교하여도 손색이 없고 심지어 두 단계 위 등급과 비교할 정도이니 말이다.

전기차의 가속은 주로 EPCU의 인버터(inverter)라는 부품이 담당을 하게 되는데 배터리에서 직류(DC)로 입력되는 전원을 교류(AC)의 출력 전원으로 변환하는 것으로서 변환 장치라고 볼 수 있다.

 

이것이 짧은 시간에 직류 전기를 흐르게 하거나 차단하는 것을 반복하면서 교류 파형을 만들어 나간다. 그리고 흐르게 하거나 차단하는 정도를 변화 시킴으로서 전기를 많이 흐르게 하거나(출력을 높여 가속) 조금도 흐르지 않게 함으로써(출력을 줄여 타력 주행) 전기가 파형을 그리며 교류가 되는 것이다.

 

1번 위치에 인버터가 있다-코나 EV 정비 매뉴얼

 

그러므로 인버터가 출력 조정을 담당하게 되는 것이고 액셀러레이터를 밟게 되면 전류를 많게 또는 전압을 높게 보내어 전기차의 가속을 하게 된다.

이러한 과정이 내연기관 차량의 연료의 이동부터 시작해 4행정 사이클이 돌아가고 배기까지 끝나는데 걸리는 시간과 비교할 수 없을 정도로 단순하고 빠르게 끝나므로 피스톤 활동에 따른 진동도 없고 배기 과정도 없어 응답성이 빠른 것이다.

어떻게 보면 전기차에서는 연료공급(전기)->운동에너지 전환이 끝이다. 기존 내연기관의 엔진과 비교해보면 4행정 사이클이 2행정이나 1행정으로 줄어들고 이러한 것들도 역시 기계적 움직임이 아닌 전기적 신호로 이루어지다 보니 동급 차량과는 비교할 수 없는 정숙성,응답성 등을 가지게 되는 것이다.

 

인버터의 모터 구동 제어 개념도

 

엔진과 모터의 차이점은 여기서 그치지 않는다. 운행을 하면서 피스톤과 실린더가 마찰되며 문제가 생기거나 손실되는 부분이 생기는데 전기차의 모터는 이러한 것이 발생하지 않는다. 전기차가 내연기관 차량에 비해 여러모로 좋은 점도 있으나 겨울철의 난방에 관련해서는 열세이다. 그러므로 그 부분만 보완하기 위해 히트 펌프 옵션을 선택한다면 좋은 선택일수는 있다. 하지만 옵션 가격이 만만치 않아 개개인의 선택에 따라 달라질 수 있을 것 같다.

 

마키님
전기차에 관심이 많은 실제 전기차 유저

 

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