날씨가 추울 때 히트 펌프가 전기차에 필수적인 이유

전기 자동차(EV)를 소유하고 있고 추운 날씨에 거주하는 경우, 겨울철 충전 용량에 대해 걱정하실 수 있습니다. 하지만 절망하지 마세요! 보유 중인 전기차 모델에는 추운 날씨에 손실되는 주행거리의 3%~15%(최대 50마일)를 회복하는 데 도움이 되는 히트 펌프가 장착되어 있을 가능성이 높습니다. 히트 펌프는 전기차 주행거리 보존을 위한 중요한 도구입니다.

모터는 작동 시 열을 발생시키며, 이 열은 낭비되는 에너지입니다. 내연기관(ICE) 차량은 이 잉여 에너지를 활용하여 차량의 난방과 환기를 작동시킵니다. 하지만 전기차는 훨씬 더 효율적이기 때문에 낭비되는 소량의 에너지가 환기 시스템을 지원할 만큼 충분하지 않습니다. 실제로 전기차는 전기의 4분의 3이 바퀴를 움직이는 데 사용될 정도로 매우 효율적입니다. 그러나 이러한 효율성은 날씨가 몹시 추워지면 다른 상황이 발생하여 때때로 저온 기후에 주행거리 불안감을 유발하기도 합니다.

시내/고속도로 복합 주행에 필요한 에너지 소비량 - 전기 자동차

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지난주 시카고의 일부 전기차 소유자는 영하의 기온에서 배터리가 방전된 것을 발견했습니다. 다른 운전자들은 몇몇 테슬라 슈퍼차저 충전소에서 전기차를 충전하는 데 평소보다 시간이 더 오래 걸린다고 불평했습니다. 일부 충전기는 동결 상태에서 전혀 작동하지 않아 전기차 소유자가 전기차를 견인하기도 했습니다.

비교적 새로운 전기차 운전자, 그리고 충분한 주의를 기울이지 않은 베테랑 운전자들은 추운 날씨에 차량을 사용할 때 프리컨디셔닝이나 주행 거리를 늘리기 위한 기타 해결 방법과 같은 입문서가 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

도심 주행 시 20°F에서 ICE 차량의 효율은 77°F에서보다 약 15% 정도 낮습니다. 또한 3~4마일의 짧은 주행에서는 24%까지 떨어질 수 있습니다. 전기차는 시내와 고속도로를 혼합하여 주행할 때 효율이 39%나 떨어지므로, 날씨에 맞게 전기차의 기능을 최적화하는 것이 좋습니다.

예, 영하의 기온은 전기차의 효율성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 전기차는 추운 기후에서 실내 난방을 위해 높은 수준의 에너지를 소비합니다. 추운 날씨에는 배터리 용량이 감소하여 일반 충전으로 주행할 수 있는 평균 거리가 줄어들 수 있습니다. 추운 날씨에는 전기차의 난방(더운 날씨의 냉방도 마찬가지) 에너지 소비로 인해 배터리 충전량과 주행 거리가 감소하고 실내 난방을 켜면 주행 거리가 감소하기 때문에 전기차 운행이 더욱 까다로워질 수 있습니다.

전기차는 대부분 리튬 이온 배터리를 사용하여 전기 모터에 전력을 공급합니다. 리튬 이온 배터리는 화씨 50도에서 110도 사이의 온도에서 매우 잘 작동하며, 일반적으로 이상적인 온도는 70도로 알려져 있습니다. 영하의 온도에서는 리튬 이온의 속도가 느려지고 에너지를 잘 유지하지 못합니다. 따라서 일반적으로 추운 기후 조건에서는 평소보다 성능이 떨어집니다.

하지만 많은 전기차에는 차량 외부에서 열을 전달하여 배터리를 고갈시킬 수 있는 전력을 재분배하는 히트 펌프가 장착되어 있습니다. 전기차 히트 펌프는 공기를 흡입하여 압축한 다음 콘덴서의 열을 사용하여 배터리 또는 차량 내부의 온도를 높입니다. 히트 펌프는 열을 생성하는 대신 기존 열원에서 열을 전달하기 때문에 전기차의 효율을 높여줍니다.

일부 전기차 모델은 전기를 사용하여 전선을 가열한 다음 그 위로 공기를 불어넣는 저항 히터로 실내를 따뜻하게 합니다. 이 과정에서 배터리에서 상당한 에너지가 소모됩니다. 히트펌프가 장착된 전기차는 실내를 데우는 데 사용되는 것과 동일한 효율적인 프로세스를 사용하여 배터리를 예열할 수 있습니다.

히트 펌프의 성능 계수(COP)는 전기 1 단위를 사용할 때마다 3~4 단위의 열을 전달할 수 있습니다.  예를 들어 히트 펌프는 에너지의 100%를 열로 전환하는 저항 히터보다 3~4배 더 효율적입니다. 저항 히터의 COP는 1입니다.

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옥스퍼드 대학교와 규제 지원 프로젝트의 연구에 따르면 북미, 아시아, 유럽에 걸쳐 7개의 현장 연구에서 수집한 데이터에 따르면 히트 펌프는 0°C(32 ºF) 보다 훨씬 낮은 온도에서도 연소 또는 저항성 전기 난방 기술보다 2~3배 더 효율이 높습니다. 실제로 히트펌프는 -30°C(-22 ºF)에 육박하는 온도에서도 화석 연료 기반 경쟁사보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘합니다.

어떤 전기차에 히트 펌프가 장착되어 있나요?

2021년에 테슬라는 효율을 10% 향상시킨 새로운 히트 펌프를 추가함으로써 모델 Y를 개선했습니다. 냉각 회로는 차량 전체에 흐르는 열 에너지를 최적화하는 차량용 단일 난방 및 냉방 관리 시스템에 통합되었습니다. 테슬라는 모델 Y의 냉난방 시스템을 재설계하여 전기로 냉난방을 할 때 발생하는 비효율성을 개선하고 차량의 열 시스템 효율을 극대화했습니다.

테슬라의 CEO인 일론 머스크는 "테슬라 HVAC 팀이 생각해 낸 해결책은 로컬 난방 루프를 만드는 것이었습니다. 따라서 기본적으로 자체적으로 회전하여 국부적으로 뜨거워진 다음 다른 밸브를 열어 실내 난방을 시도합니다."라고 설명했습니다.

히트 펌프는 기본적으로 역방향으로 작동하는 에어컨 시스템입니다. 히트 펌프는 영하의 기온에서도 따뜻한 공기를 차량 내부로 공급합니다. 더 중요한 것은 히트 펌프가 배터리의 열을 유지하므로 전기차의 주행 거리를 늘린다는 점입니다.

히트펌프가 장착된 다른 전기차에는 어떤 것이 있나요?

ㆍ재규어 I-Pace
ㆍBMW의 최신 i 시리즈 자동차
ㆍ현대자동차의 아이오닉 5
ㆍ아우디의 최신 e-트론
ㆍ기아의 EV9
ㆍ닛산 아리야
ㆍ모든 신형 테슬라 모델

히트 펌프에 대한 결론

기후 오염으로 인한 실존적 위기에 대응하기 위해 개인 교통수단의 전기화가 전 세계를 휩쓸고 있습니다. 전기차는 환경 및 에너지 안보 문제에 대한 중요한 해결책입니다.

히트 펌프는 탈탄소화를 위한 핵심 기술로 점점 더 많이 인식되고 있습니다. 저온에서 작동하도록 설계된 히트 펌프(모든 히트 펌프가 그런 것은 아님)는 외부 온도가 영하로 내려가도 정상적으로 작동할 수 있습니다.

2022년 전 세계 히트펌프 판매량은 11% 증가하며 2년 연속 두 자릿수 성장률을 기록해 안전하고 지속 가능한 난방으로 전환하는 데 있어 핵심 기술인 히트펌프의 위상을 다시 한번 입증했습니다. 2022년 미국 소비자들은 400만 대의 초저탄소 냉난방 히트펌프를 설치하여 처음으로 가스 난방기를 앞질렀습니다.

뉴욕주는 여전히 땅을 파고, 파이프라인을 깔고, 장비를 설치하고 있지만, 인화성이 있고 지구를 더워지게 하는 가스 대신 지하 또는 다른 건물과 네트워크의 열원으로부터 열을 전달하는 물이나 기타 액체를 운반하여 히트 펌프가 건물을 따뜻하게 유지하는 데 사용할 수 있게 될 것입니다. 이는 지난 몇 년 동안 많은 전기차 모델에 히트펌프가 추가된 것처럼 에너지 사용 방식을 재구상하는 하나의 적응 사례입니다.

https://cleantechnica.com/2024/01/22/why-heat-pumps-are-essential-for-evs-when-the-weather-is-cold/

Why Heat Pumps Are Essential For EVs When The Weather Is Cold - CleanTechnica