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Nikkei X-TECH_2023.6.14

중국 BYD의 EV ‘SEAL’ 철저 분해
BYD의 열 사령탑 '노나 밸브'
총 8개 모드는 어떻게 움직이는가

중국 비야디(BYD)의 전기자동차(EV) ‘SEAL’의 열관리 시스템 분석 기획. 마지막회는 열관리의 핵심 부품 ‘노나 밸브’의 동작에 대해 알아본다.

노나 밸브란 9개의 전자 밸브(Solenoid Valve)가 일체가 된 히트펌프 시스템의 냉매 배관 부품 중 하나다. 전자 밸브의 개폐 조합에 의해 공조의 난방과 냉방, 배터리의 가온과 냉각 또는 공조와 배터리를 동시에 가온/냉각하는 총 8개의 모드를 전환한다. 이것이 바로 SEAL의 ‘열 사령탑’이다.

-- 총 8개 모드, 노나 밸브는 어떻게 움직이는가? --
노나 밸브의 9개 전자 밸브의 자세한 역할에 대해서는 제1회 기사를 참조하기 바란다. 아래에서는 SEAL의 열관리 시스템 총 8개 모드에 대해, 각 모드가 작동하는 조건이나 노나 밸브의 움직임을 구체적으로 살펴본다.

[1] 난방
난방 모드에서는 응축기용과 배터리 가온용, 배터리 냉각용 개폐밸브, 그리고 냉방용 팽창밸브가 닫힌다(개도(開度) 제로). 압축기에서 나온 고온/고압 냉매는 차 실내의 응축기(콘덴서)로 보내져 차량 실내 공기를 따뜻하게 한다. 단, 설정한 차내 온도까지 따뜻해지지 않을 경우에는 PTC 히터를 병용한다.

이후 난방용 팽창밸브에서 감압되면서 온도가 떨어진 냉매는 플레이트 열교환기로 수회로(Water Circuit)를 흐르는 물(쿨런트)을 식힌다. 이때 물은 인버터나 모터에서 배출되는 열로 데워져 있고, 그 열을 냉매로 옮겨 난방의 열원으로 재사용한다.

[2] 냉방
냉방 모드에서는 플레이트 열교환기용과 배터리 가온용, 배터리 냉각용, 난방용 개폐밸브가 닫힌다. 게다가 난방용 팽창밸브는 기능하지 않도록 개도가 완전히 열린다.

압축기를 나온 고온/고압 냉매는 프론트 그릴 안쪽에 있는 차량 실외 응축기로 식힌다. 이후 냉방용 팽창밸브로 감압되면서 온도가 저하된 냉매는 증발기를 통해 차량 내부 공기를 식힌다.

[3] 배터리 가온
리튬이온 배터리는 일반적으로 온도가 낮아지면 내부 저항이 증가하고, 그 결과 방전 용량이 작아진다. EV에서는 항속거리와 직결되기 때문에 저온 환경에서는 배터리를 가온해 본래의 성능을 발휘할 수 있도록 하고 있다. SEAL의 서비스 매뉴얼에 따르면, 배터리 온도가 6℃ 미만이 되면 배터리 가온 모드에 들어간다. 그리고 배터리 온도가 10℃ 이상으로 따뜻해지면 배터리 가온이 종료된다.

배터리 가온 모드에서는 배터리 가온용 개폐밸브가 열림으로써 배터리에 고온/고압의 냉매가 흘러 배터리를 가온할 수 있다. 냉방용과 응축기용, 배터리 냉각용의 개폐밸브와 냉방용 팽창밸브가 닫힌다.

[4] 배터리 냉각
배터리 냉각 모드는 고온이 되어 열화가 진행되는 것을 막기 위해 준비한 것이다. 배터리 온도가 38℃를 웃돌면 작동하고, 33℃ 미만까지 차가워지면 종료된다. 배터리 가온용과 플레이트 열교환기용, 난방용 개폐밸브와 냉방용 팽창밸브는 닫히고, 냉방모드와 마찬가지로 난방용 팽창밸브의 개도는 완전히 열린다.

[5] 난방 + 배터리 가온
난방과 배터리 가온을 동시에 작동시키는 경우는 겨울철 주행 시작 전이 가장 많을 것이다. 응축기용과 배터리 냉각용 개폐밸브, 냉방용 팽창밸브가 닫힌다. 압축기에서 나온 고온/고압 냉매가 차내 응축기와 배터리로 갈라진 병렬회로가 된다. 플레이트 열교환기 바로 앞에서 합류하여 인버터나 모터에서 배출된 열을 회수한 후 압축기로 돌아간다.

[6] 난방 + 배터리 냉각
난방과 배터리 냉각을 동시에 작동시키는 경우는 겨울철에 주행을 계속하고 있을 때나 급속 충전을 하고 있을 때를 생각할 수 있다. 배터리 가온용과 응축기용, 난방용 개폐밸브와 냉방용 팽창밸브를 닫는다. 배터리에서 나오는 열을 난방에 활용한다.

[7] 냉방 + 배터리 가온
배터리 냉각용과 냉방용, 응축기용, 그리고 난방용 개폐밸브가 닫힌다. 다만, 이 모드는 시스템적으로 실행 가능하지만 실제로는 사용할 기회가 거의 없다. 왜냐하면 전술한 바와 같이 배터리 가온 모드에 들어가는 조건은 배터리 온도가 6℃ 미만이다. 이런 환경에서는 냉방을 사용하지 않기 때문이다.

[8] 냉방 + 배터리 냉각
냉방과 배터리 냉각을 동시에 작동시키는 경우는 외부 기온이 높은 여름철 위주가 된다. 배터리 가온용과 플레이트 열교환기용, 난방용 개폐밸브가 닫힌다. 차외 응축기를 통과한 냉매는 증발기와 배터리로 갈라지면서 각각 차량 내부 공기와 배터리를 식힌다.

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