현대차·테슬라 '후끈한' 전기차 경쟁…'히트펌프'를 주목하라

배터리 난방 전력소모 최소화…주행가능거리 개선 '열쇠'

현대·기아차 고효율 히트펌프로 겨울철에도 '쌩쌩'…경쟁력 우위 점하나

현대자동차 코나 일렉트릭 고효율 히트펌프 시스템 이미지 ⓒ현대자동차

현대자동차와 테슬라의 전기자동차 기술력 경쟁이 치열한 가운데, '히트펌프(Heat pump)'가 새로운 경쟁 포인트로 주목받고 있다.

6일 전문가들의 의견을 종합하면 전기차의 주행가능거리를 늘리기 위한 배터리 용량 증대는 단기간 내에 획기적인 진전을 기대할 수 없는 상황이다. 반면 열관리 기술을 활용한 주행가능거리 개선은 여지가 커 앞으로 관련 기술경쟁이 치열할 것이란 관측이다.

전기차 배터리의 충전·방전은 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 통해 이뤄진다. 기온이 낮은 겨울엔 리튬 이온의 이동 속도가 떨어져 배터리 효율이 크게 저하되고 충전에도 문제가 발생한다. 따라서 전기차 배터리는 일정 온도를 유지하는 '난방(heating)'이 필요하다.

기존 내연기관차는 엔진에서 자연스럽게 발생하는 폐열을 활용해 적은 에너지로도 난방이 가능하다. 그러나 전기차는 폐열이 거의 없어 난방에도 배터리 전력이 소모된다. 이는 기온이 낮은 겨울철에 전기차의 주행가능거리가 급격하게 줄어드는 원인이 된다.

니로 EV. ⓒ기아자동차

이같은 문제를 해결하기 위해 현대자동차와 기아지동차는 고효율 히트펌프 시스템을 개발·적용하고 있다. 별도의 난방장치 없이도 인버터, 구동 모터 등 전장 부품에서 발생하는 열을 회수해 난방에 사용하는 기술이다.

타 완성차 업체의 히트펌프 시스템은 외부 공기의 열원을 활용하는 수준에 그친다. 반면 현대·기아차는 배터리에서 발생하는 폐열과 충전에서 발생하는 열을 추가로 활용하는 고효율 히트펌프 시스템을 개발해 니로 EV와 코나 일렉트릭에 적용하고 있다.

이호중 한국자동차연구원 책임연구원은 "국산 전기차는 고효율 히트펌프 및 통합 열관리 시스템을 적용해 외산 전기차 대비 경쟁 우위에 있다"며 "저온에서도 상온대비 90%에 달하는 주행거리가 실 사용자들이 국산 전기차를 선호하는 요인"이라고 평가했다.

여기에 테슬라가 도전장을 던졌다. 해외 전기자동차 전문매체 일렉트렉(Electrek)에 따르면 테슬라는 성능을 대폭 강화하고 디자인을 변경한 2021년형 '모델3(Model3)'를 내년 중 출시할 예정이다. 특히 2021년형 모델3는 히트펌프 시스템을 새롭게 탑재해 트림별로 주행거리가 20~50㎞ 늘어났다.

테슬라 모델3 ⓒ테슬라코리아

테슬라의 주력 모델인 모델3는 여름 대비 64%에 불과한 겨울철 짧은 주행거리가 대표적인 약점으로 꼽혀왔다. 히트펌프 시스템으로 저온에서의 전력 소비를 개선할 경우 상품 경쟁력이 한층 높아질 것으로 예상되는 부분이다.

이호중 책임연구원은 "소비자들은 여전히 전기차의 짧은 주행가능거리에 불안감을 느끼고 있다"며 "주행가능거리를 늘리기 위한 열관리 기술 경쟁은 더욱 치열해지고, 국산차 업체들도 많은 도전을 받게 될 것"이라고 관측했다.

김민수 서울대 기계항공공학부 교수는 "전기차의 통합열관리 기술 개발은 새로운 출발선에서 시작된 기술 경쟁으로 볼 수 있다"며 "우리나라 업체들의 기술력이면 미래 전기차 시장에서 우위를 점하는 기회가 될 수 있을 것"이라고 평가했다.