전기차 기술의 정수! '이트론55 열관리'의 모든 것

전기차에게 열관리 기술이란 그냥

모터나 배터리를 단순히 식히거나 실내를 데우고 식히는 것을 의미하는 게 아니다.

 

어쩌면 열관리 기술은 더 우수한 전기차, 더 빨리 충전되고 더 안정적으로 순간 방전이 되며

열 때문에 모터 효율이 떨어지지 않는 전기차를 만드는데 가장 핵심적인 기술이라고 할까.

 

테슬라가 초기 수많은 원통형 배터리를 묶어 성공할 수 있었던 것도

배터리 매니지먼트 기술과 더불어 열관리에 대한 노하우도 한 몫을 했다.

 

암튼 아우디 이트론55는 특히 차량 열관리 기술에 대해서는 초기 런칭차랑임에도 굉장히 정교하다고 생각한다.

그리고 이후에 나오는 아우디/포르쉐 플랫폼의 전기차들은 더욱 더 그러할 듯.

차 기본기는 잘 만들면서 온갖 전장 오류와 말도안되는 하자, 그리고 쓰레기같은 아우디코리아가 문제일 뿐 ㅋㅋ

 

어렵게 설명은 안하겠다.

이트론55의 써멀 매니지먼트 시스템에 대해 알아보자.

 

열역학적 관점에서 열 관리는 에너지 흐름의 제어를 의미한다. 그냥 열을 식히거나 데우거나 분산시키거나 등의 문제가 아님.

 

1. 열이 흐르면, 자동차의 관점에서 볼 때는, 이는 차량 열 효율의 에너지 관련 최적화를 의미한다.

 

2. 또한 고전압 배터리, 충전기, 전기 모터 및 공급 부품과 같은 전기 부품의 온도 제어는

열 관리 시스템을 통해 안정성과 퍼포먼스가 보장돼야 한다.

 

3. 그리고 당연한 소리지만, 차량의 써멀 매니지먼트는 차량 내부의 쾌적한 온도를 유지하는 것도 열 관리 시스템의 임무다.

 

그리고 이 모든 과정에서 단순히 써멀 매니지먼트의 목적은

전기 부품의 열이 사용되지 않은 상태로 대기 중으로 방출되는 것을 허용하는 것이 아니라

차량 부품에 열 요구 사항이 있는지 사전에 확인하는 것이 중요하다.

 

즉, 내연기관 열관리(냉각) 장치는 상당수가 열 방출에 초점이 맞춰진 설계라면

(즉 에너지 효율이 좋지 못함, 화석연료를 태워 10~20% 효율을 내기 어려움)

전기차는 이 에너지 효율을 극대화하면서도 부품간 에너지 차이 간극을 훨씬 더 정교하게 메워야 함.

 

예를 들어 열 관리 시스템은 모든 상황에서 고전압 배터리를 약 25°~35°C(77°~95°F)의 최적 효율 범위 내로 유지해야 함.

결국 이는 겨울철의 추울 때 출발을 해도, 더운 여름날의 고속도로에서 주행 상황일 때도, 갑자기 급출발시 충분한 방전 능력이 필요할때 등 모든 악조건에서 배터리 효율을 빠른 시간 내에 최적화해야 함.

 

이트론55의 열관리 시스템은 실내 내부와 전기 파워트레인(모터, 배터리 등)을 빠르고 정확하게 가열하거나 냉각하기 위해 4가지 회로를 구성하고 있음. 

또한 이 회로들은 각각 지능적으로 상호 연결돼 있기 때문에 전기 모터, 주요 전자장비, 고전압배터리 등의 잔열을 꼼꼼하게 수집하고, 히트펌프와 연계하여 실내 온도 유지용으로 전환함.

 

1) 우선 실내와 고전압배터리의 냉각 단독 동작시 회로 동작 구조

 

2) 냉각 뿐만 아니라 가열도 함께 동작할 때 회로 구조

 

3) 냉각, 가열, 그리고 고전압 배터리 냉각 회로까지 동작할 때 구조

 

4) 냉각, 가열, 그리고 고전압 배터리 냉각 장치, 그리고 파워트레인 냉각 장치까지 모두 풀가동 할 경우 (4가지 설계 회로 풀가동)

 

 

전기차의 써멀 매니지먼트는 생각보다 그렇게 쉬운 일이 아니다.

 

그래서, 이렇게 만들어진 회로가

다양한 시나리오에 대응하는 구조를 설명

 

1) 실내 내부와 전기 모터를 냉각할 경우 이렇게 동작 (봄,초여름,초가을 등)

 

2) 실내 내부와 전기 모터, 그리고 고전압배터리까지 모두 냉각해야 할 경우 (한여름)

 

3) 실내 내부를 가열하고, 주요 장치의 열회수를 위해 히트펌프가 동작할 경우 (초봄, 가을 등)

 

4) 실내 내부만 집중 가열할 경우 (초봄, 가을, 겨울 등 추운 날씨에 탑승전 예열 또는 실내 탑승 중에)

 

5) 수집된 잔열로 히트펌프를 통해 실내를 가열할 경우 (주요 파워트레인, 배터리의 잔열을 통해 가열하는 시나리오)

 

6) 급속 충전중에 발생하는 고전압배터리 열을 칠러(냉각수)로 식히는 시나리오 (급속 충전시 쿨런트)

 

7) 급속 충전중에 발생하는 고전압배터리 열을 라지에이터로 식히는 시나리오 (급속 충전시)

 

8) 완속 충전중에 발생하는 고전압배터리 열을 라지에이터로 식히는 시나리오 (완속 충전시)

 

9) 급속 충전중에 고전압배터리를 데워야 하는 시나리오 (추운 겨울 또는 야외 주차시 배터리 온도가 현저히 낮은 상황)

 

10) 고전압 배터리와 파워트레인의 냉각수 회로가 각각 개별로 순환되는 시나리오

 

11) 고전압 배터리와 파워트레인의 냉각수 회로가 통합 연동되어 순환되는 시나리오

 

 

 

그리고 아래는 써멀 매니지먼트 주요 관련 장치들에 대한 부품별 설명이다.

1. 써멀 매니지먼트 콘트롤 모듈

2. 히트펌프 관련 어셈블리

3. 냉각수 보충 및 확인을 위한 장치

4. 4가지 냉각/가열 회로가 차량에 깔린 형상

 

등으로 구성돼 있다.

 

 

이런 기술을 기반으로

0%에서 80%까지 150kW를 무조건 플랫하게 찍어주는 충전 커브.

세계 유일한 전기차일 듯.

 

외계인을 데려 왔음?

오늘, 정리하면서 감탄 또 감탄하는 중.

 

그런데 외계인한테 전장이랑 A/S 디테일은 안배웠나봐 ㅠㅠ

 

Meritocrat @ it's electric