냉각수(冷却水)는 전기차 배터리 열을 일정한 온도로 유지시키는 물을 말한다. 이는 내연기관의 냉각수만큼 중요한 요소다. 일반적인 내연기관 자동차는 10리터 미만인 경우가 일반적이지만 전기차는 20리터 이상 쓰는 경우가 많다. 배터리가 충전이나 방전을 할 때 열이 오르는 것을 막는 것은 물론 너무 온도가 내려가지 않게 막아주는 역할도 겸한다.
물론 모든 전기차가 냉각수를 사용하는 것은 아니다. 닛산 리프는 배터리 냉각수가 없는 공랭식이다. 그럼에도 안정적인 배터리 성능을 유지시킬 수 있다는 점이 기술력으로 꼽힌다. 향후 렉서스가 내놓을 전기차도 공랭식 냉각 시스템을 사용할 예정이다.
전기차가 사용하는 냉각수는 일반 내연기관 자동차가 사용하는 냉각수와 조금 차이가 있다. 높은 전압의 전기를 사용하는 만큼, 누수 시 감전 사고를 막기 위해 저전도 전용 냉각수를 사용한다. 이름 그대로 전기가 잘 통하지 않는 냉각수다.[1]
전기자동차와 하이브리드 자동차는 대용량의 배터리가 요구되고, 배터리 냉각기술의 필요성도 증가한다. 배터리 냉각시스템의 기계적 오류가 발생하면 자동차의 화재또는 배터리셀의 온도 불균형 증가로 배터리의 수명이 감소하거나 배터리팩의 열폭주가 나타날 수 있다. 그러므로 안정성을 고려하여 배터리의 동작 허용 온도를 55 °C 이하로 제한한다.
T. Yiksel과 J. Michalek은 배터리 냉각과 수명과의 관계를 규명하였고, H. Teng 등은 이로 인해 HEV/EV용 배터리의 열적 관리 시스템을 이용하여 온도의 균일성 및 냉각 성능을 확보할 수 있음을 제안하였다. N. Javani 등은 PCM(Phase change materials)방식을 이용하여 배터리 냉각방식을 제시하였고, H. Park은 공랭식을 사용한 하이브리드 전기 자동차에 리튬이온 배터리 냉각을 제안하였다. 또한 나노입자유동을 이용하여 전기 자동차 배터리용 냉각수로 사용하는 기술도 개발되고 있다. 저밀도 에너지 배터리에서는 공랭식과 수랭식이 모두 가능 하나, 고밀도 배터리에서는 냉각수를 활용한 수랭식 시스템이 가장 효율적인 열관리 방법이다. 고밀도 전기 배터리의 무게는 차량에 따라 250~500 kg으로 무겁고 이에 비례하여 부피도 증가한다. 효율적인 공간활용을 위해 배터리 셀을 직사각형 형태로 만들어 적층한 스택을 사용하는 방식이 많아지고 있다. 자동차에 사용되는 배터리는 작동 온도 범위가 영하의 저온도 포함되므로 프로필렌 글리콜(Propylene PG)가 포함된 냉각수를 사용한다.
일반적으로 냉각수는 부동액과 증류수를 5대5로 혼합해 사용한다. 배터리 등 동력 계통의 열을 식히기 위한 전기차 부동액은 마찬가지로 증류수를 5대5로 혼합한다. 현대차가 2019년 5월 생산분 전기차부터 적용한 절연형 부동액은 증류수와 혼합없이 원액만 100% 사용했다. 전기차에서 부동액의 역할은 배터리, 모터, 인버터에서 발생하는 열을 방출하는 것 외에도 냉각장치 동파 방지, 냉각수의 끓어 넘침 방지, 각종 냉각 장치의 부식 방지 등이다.[2]
아이오닉5 냉각수 논란[편집]
현대차의 신형 전기차 아이오닉5 신차에서 잇따라 냉각수 부족에 따른 화재사고 위험 징후가 감지돼 운전자의 불안이 고조되고 있다. 문제없이 출시됐던 차량들에서 불과 며칠 사이에 잇따라 '냉각수 부족' 메시지가 뜨면서다.
현대차 측은 현재 아이오닉5 냉각수 소실 원인으로 △냉각수 누수 △냉각수 순환 불량 △생산 과정의 냉각수 보충 실수 등을 추정하고 있다. 지금까지는 냉각수통 불량으로 인한 누수 또는 순환 불량이 대부분을 차지했기 때문이다.
하지만 냉각수가 흐르는 호스나 시스템상 불량 가능성도 배제하지 않고 있다. 이 경우, 냉각수가 배터리팩과 접촉해 화재를 일으킬 수도 있다. 아이오닉5는 전기가 흐르지 않는 절연형 냉각수가 적용됐기 때문에 누수로 인한 화재 가능성은 희박할 것이지만 다만 냉각수가 부족하면 배터리, 모터, 인버터 등 핵심부품에서 발생하는 열을 식혀줄 수 없기 때문에 불이 날 수도 있다.[3]
내연기관 냉각수[편집]
엔진이 과열되면 실린더에 들어간 연료가 원래 시점에서 폭발하지 않고, 그 전에 폭발하는 현상이 일어나는 등 이상 증상이 발생된다. 그래서 엔진에는 워터 재킷이라는 통로가 만들어져 있는데, 이 통로를 통해 냉각수가 순환하면서 엔진이 과열되는 현상을 막아준다. 즉 엔진에서 발생한 열을 빼앗아 다른 곳으로 전달하는 역할을 한다.
하지만 계속 순환하기만 한다면 온도가 계속 올라가서 결국은 과열되는 현상을 막지 못한다. 그래서 냉각수는 사람의 체온이 가장 많이 방출 되는 곳 중 하나인 머리나 손가락, 발가락처럼 열 방출에 특화된 기관을 거치는데 그게 바로 라디에이터이다. 라디에이터는 촘촘한 금속판으로 만들어져 있고, 주행하면서 유입된 바람으로 냉각수가 가져온 엔진의 열기를 외부로 방출시키고, 냉각수를 다시 식히는 역할을 한다.[4]
- ↑ 김선웅 기자, 〈전기차에도 오일과 냉각수를 쓴다고?〉, 《오토뷰》, 2021-01-12
- ↑ 남현수 에디터, 〈전기차 전용 부동액 아시나요..코나EV 화재 원인?〉, 《카가이》, 2020-08-12
- ↑ 류종은 기자, 〈"신차 뽑자마자 냉각수 사라진다"… 정의선 야심작 '아이오닉5'가 수상하다〉, 《한국일보》, 2021-06-16
- ↑ Kixx, 〈자동차도 겨울 준비가 필요해! 부동액과 냉각수!〉, 《Kixx 엔진오일 블로그》, 2017-11-07
참고자료[편집]
- 하이브리드/전기 자동차용 수냉식 배터리 셀의 냉각성능에 관한 수치 해석적 연구 - https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201616853628755.pdf
- 김선웅 기자, 〈전기차에도 오일과 냉각수를 쓴다고?〉, 《오토뷰》, 2021-01-12
- Kixx, 〈자동차도 겨울 준비가 필요해! 부동액과 냉각수!〉, 《Kixx 엔진오일 블로그》, 2017-11-07
- 남현수 에디터, 〈전기차 전용 부동액 아시나요..코나EV 화재 원인?〉, 《카가이》, 2020-08-12
- 류종은 기자, 〈"신차 뽑자마자 냉각수 사라진다"… 정의선 야심작 '아이오닉5'가 수상하다〉, 《한국일보》, 2021-06-16
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