겨울철 전기차의 가장 큰 문제는 주행거리의 급격한 감소다. 에어컨 히터를 작동하고 주행하면 일상 주행에 비해 30% 정도 주행거리가 줄어드는 것이 다반사다. 이런 문제를 조금이라도 해결해주는 필수 부품이 히트 펌프다.
히트 펌프의 존재 유무만으로도 겨울철 주행거리는 수십 km 이상 차이를 보이기도 한다. 하지만, 아우디 Q4 e-트론에서 더 이상 이러한 히트 펌프를 볼 수 없을 전망이다.
최근 아우디는 Q4 e-트론의 예약 대기자들에게 "히트 펌프 대신 레지스터 히터가 설치될 것"이라고 전달했다.
히트 펌프의 유무는 겨울철 주행거리에 큰 영향을 준다. 이 때문에 전기차를 구입하려는 소비자 가운데 상당수가 히트 펌프 장착 여부를 체크하기도 한다. 이러한 이유로 히트 펌프는 제조사들에게도 포기하기 쉽지 않은 기술이다.
그럼에도 불구하고 아우디가 위와 같은 결정을 내린 데에는 반도체 부족이 원인으로 지적된다. 대부분의 폭스바겐 그룹 계열사와 마찬가지로, 아우디는 여전히 반도체 부족 문제를 겪고 있다. 테슬라와 같은 일부 제조업체는 자체적으로 반도체를 조달하면서 반도체 공급망 문제를 완화하고 있지만, 아우디는 여전히 외부에서 반도체 부품을 조달하고 있다. 아우디가 반도체 공급 문제를 해결하지 못하고 결국 전기차 히트 펌프를 더 이상 제공하지 않겠다고 결정했다는 평이 나온다.
한편 한국무역협회는 지난해 11월 ‘반도체 공급난으로 히트 펌프 보급 확대 걸림돌’이라며 코로나19로 인한 봉쇄조치, 우크라이나 전쟁의 영향 등으로 인한 제조업의 차질로 히트 펌프용 반도체 공급난이 우려된다고 지적한 바 있다. 이번 아우디의 사례는 한국무역협회의 우려가 현실화된 사례 중 하나로 볼 수 있다.
그렇다면 겨울철 전기차의 주행거리가 상온 주행을 할 때보다 큰 수치로 감소하게 되는 원인은 무엇일까? 온도가 낮아지면 배터리 내부의 저항이 증가하여 에너지 효율이 줄어드는 것도 한 원인이다. 가장 큰 원인은 겨울철 주행에 난방 장치를 가동해야 하는 점이다.
내연기관 자동차의 경우 차량 주행 시 자연스럽게 엔진에서 고열이 발생하기 때문에 이를 사용해 난방을 하면 되지만, 전기차는 내연기관 자동차처럼 주행 중 열을 내뿜는 열원이 없다. 때문에 PTC 히터 (Positive Temperature Coefficient Heater)를 사용하게 되는데 이는 효율이 낮다는 단점이 있다.
난방을 하게 되면 배터리의 효율을 감소시켜 결과적으로 전기차의 1회 중전 시 주행거리를 감소시킨다.
이러한 단점을 보완하고자 만들어진 것이 바로 히트 펌프 기술이다. 히트 펌프는 에어컨 냉장고와 동일한 메커니즘을 가진다. 냉매는 압축과 응축 시 온도가 높아지고 팽창과 증발 시 온도가 낮아진다. 에어컨과 냉장고는 냉매가 팽창, 증발할 때 발생하게 되는 냉열을 이용해 공기를 차갑게 하고 냉매가 압축, 응축하는 과정에서 발생하는 온열은 실외기를 통해 배출한다.
에어컨과 냉장고가 냉열을 사용하고 온열은 실외기를 통해 배출한다. 반면에 히트 펌프는 냉열뿐 온열 또한 사용하여 전기차의 냉난방을 책임진다. 즉, 냉매의 압축, 응축, 팽창, 증발의 사이클을 각각 잘 활용하여 냉방과 난방을 구현한다.
현대기아는 히트 펌프 기술을 적극적으로 도입하고 있다. 현대기아는 히트 펌프는 외부 공기 외에도 전기모터, 온보드차저, 동합전쳑제어장치 등의 모듈에서 발생하는 열을 활용하거나 이러한 열원 중 온도가 높은 열원을 선택적으로 흡열하는 등의 방식으로 기술력을 인정받고 있다.
김태원 에디터 tw.kim@carguy.kr
