Nikkei Automotive_2023.12 특집 (p12-14)

Disassembly Report
테슬라를 뛰어넘는 '노나 밸브'
BYD ‘SEAL’의 열관리 시스템

중국 BYD의 전기자동차(EV) ‘SEAL’의 분해 리포트, 제4회는 열관리시스템이다. 핵심 부품이 9개의 솔레노이드 밸브를 갖추고 있었기 때문에 분해반은 ‘노나 밸브’라고 이름 붙였다. 노나는 라틴어로 9를 뜻한다. 미국 테슬라가 ‘열 사령탑’으로 채택한 8개 밸브의 ‘옥토 밸브’에 편승한 이름으로 만들어 봤다.

프론트 후드 아래의 모터 룸에서 한층 이채로운 큰 부품이 나타났다. 여러 개의 냉매 배관이나 냉각수 호스가 접속된 그 부품은 SEAL의 열관리시스템의 핵심이다. EV 전체의 열을 낭비 없이 활용하면서 공조나 배터리의 온도를 최적으로 유지하는 역할을 담당한다.

노나 밸브의 9개의 솔레노이드 밸브 중 6개는 냉매의 유로를 전환하는 개폐 밸브였다. 공조의 난방/냉방이나 배터리의 가온/냉각을 전환하거나 응축기나 열교환기에 연결되는 회로를 개폐한다. 나머지 3개는 냉매의 압력을 조절(감압)하는 팽창밸브다. 각각 냉방용, 난방용, 배터리용이다.

우선은 노나 밸브 주변의 냉매 회로부터 살펴보자. 노나 밸브에는 10개의 냉매 배관이 접속돼 있었다. 각각 압축기(콤프레셔), 차량 실외 응축기(콘덴서), 공조시스템(HVAC) 내의 응축기와 증발기(Evaporator), 그리고 배터리의 5개의 컴포넌트로 이어지는 왕복 배관이었다. 즉, SEAL의 공조와 배터리는 히트 펌프 시스템으로 온도를 제어한다. 배터리의 가온/냉각에는 배터리 바닥에 부착된 냉각판에 냉매를 흘려보낸다.

-- 구동계는 수냉, 배열을 난방에 활용 --
노나 밸브의 하단에는 플레이트 열교환기가 1개 장착돼 있었고, 거기서 라디에이터 호스가 2개 뻗어 있었다. 호스를 더듬어 보니 전동액슬에 연결돼 있었다. 아무래도 인버터나 모터와 같은 구동계는 독립적인 냉각수(쿨런트) 회로로 식히고 있는 것 같다.

우선 인버터나 제어기판 등이 들어 있는 케이스 안으로 냉각수가 들어가 그것들을 식힌다. 그 후 감속기 외측에 부착된 플레이트 열교환기를 통과해 모터 냉각용 오일을 냉각한다.

인버터나 모터를 식혀 온도가 올라간 냉각수는 다시 노나 밸브의 플레이트 열교환기나 자동차 앞부분에 설치된 방열기(라디에이터)에 의해 냉각된다. 반면에 냉매 측에서 보면 인버터나 모터의 배열을 얻는 셈이다. 이 열을 난방이나 배터리의 가온에 활용할 수 있는 것이다.

냉매 회로와 물 회로를 통합한 SEAL의 열관리시스템. 노나 밸브의 개폐 조합에 의해 공조 또는 배터리만을 가온/냉각하는 4모드와, 공조와 배터리를 동시에 가온/냉각하는 조합의 4모드에 대응한다. 단, 난방 시는 냉매의 열(히트펌프)과 HVAC 내에 설치된 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터를 병용한다.

노나 밸브는 그야말로 SEAL의 ‘열 사령탑’이라고 할 수 있다. 테슬라의 옥토밸브 또한 EV에서의 열 사령탑으로서 냉각수의 유로를 전환해 EV 전체의 온도를 제어하는 역할을 담당한다.

다만 양사의 열관리시스템은 크게 다르다. 가장 큰 차이는 배터리의 냉각(또는 가온) 방식이다. SEAL은 냉매 직냉 방식이었던 반면에 테슬라 차량은 냉각수로 배터리를 식힌다.

“실은 테슬라처럼 열관리를 물 회로에 정리하는 ‘물 집중형’ 시스템이 EV 열관리의 주류가 되고 있다”(어느 자동차부품 업체의 기술자). 실제로 도요타자동차의 ‘bZ4X’나 독일 폭스바겐의 ‘ID.3’의 열관리 구성은 테슬라와 비슷하다.

-- 왜 BYD는 배터리를 냉매로 식힐까? --
“물 집중형은 워터 펌프나 전환 밸브 등의 부품이 증가하는 만큼, 냉매 회로 쪽이 시스템을 경량/컴팩트하게 정리할 수 있다. 비용 면에서도 물 회로 쪽이 비싸지는 경향이 있다”(어느 자동차부품 업체의 기술자). 반면, 냉매에 비해 열용량이 큰 물은 배터리 등의 갑작스러운 발열에 강한 이점이 있다. EV에 탑재되는 배터리 용량은 해마다 증가하고 있어 물 집중형이 주류가 되고 있다고 한다.

이런 가운데 SEAL이 냉매 직냉 방식을 채택한 것은 배터리 종류의 차이가 관련된 것으로 보인다. SEAL은 리튬이온 인산철(LFP)계 리튬이온 배터리를 채택했다. 반면에 bZ4X와 ID.3은 니켈(Ni)과 망간(Mn), 코발트(Co)를 양극재료로 이용한 삼원계(NMC) 배터리를 탑재한다. 테슬라의 ‘모델Y’는 양극재료로 Ni와 Co, 알루미늄(Al)을 사용하는 NCA 계열이다. 단, 모델Y의 일부 모델에서는 LFP계를 탑재하고 있다.

SEAL의 열관리 설계 근거에 대해서 어느 자동차부품 업체의 기술자는 “LFP 계열은 삼원계(나 NCA계 등 고에너지 밀도의 리튬이온 배터리)와 비교해 온도 특성이 뛰어나다. 엄밀한 온도 관리가 필요하지 않기 때문에 냉매 직냉 시스템을 채택할 수 있었던 것은 아닐까?”라는 견해를 나타냈다.

다음 회에는 전기/전자(E/E) 아키텍처의 분석 결과를 보고한다. ECU(전자제어유닛)의 집약은 얼마나 진행되고 있을까?

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Automotive] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.

Close-up
전고체배터리의 양산화, 도요타와 이데미쓰가 협력
VOICE
중국의 EV 보조금 ‘시장을 왜곡하다’ 외
Disassembly Report
테슬라를 뛰어넘는 ‘노나’ 밸브 -- BYD ‘SEAL’의 열관리시스템
Automotive Report
・EV 일변도에서 ‘선회’, 스미토모베이크라이트가 느낀 사업 기회
・아이신이 성장 영역으로 시프트, 기가 캐스트는 도요타와 검토 중
・일본에서 로터리 엔진이 부활, 설계를 처음부터 재검토
・비정질 적층 코어의 양산 가시화, 모터 손실 10분의 1로
・미쓰비시후소의 신형 EV 트럭, 야마토로부터 소량 배송용 첫 수주
・람보르기니 CEO에게 듣다, 엔진차 계속의 가능성
・클라우드형 차량 데이터 기반 ‘IVY’, 블랙베리가 일본에서 제공
New Car Report
・도요타 신형 ‘센추리’, 훤히 보이는 EV/FCV의 한계
・혼다의 주력 경차 ‘N-BOX’, ‘일부러 크게 바꾸지 않은’ 전면 개량
・테슬라의 신형 EV ‘모델3’, 스티어링에서 레버가 사라졌다
・BYD의 신형 EV ‘돌핀’, ‘차량 내 방치’ 감지를 표준 장착으로
・닛산 ‘스카이라인 NISMO’, 최대 토크는 베이스 차량의 75N.m 증가
・혼다의 북미용 신형 EV, 항속거리 목표는 500km 이상
・1억엔 이상의 페라리 PHEV, 엔진 증강으로 최고 출력은 758kW
Cover Story
EV/SDV 시대의 쾌적성 -체험을 즐기기 위해서는 필수
Part 1. 점점 중요해지는 주행 성능 -- 쉽게 피곤하거나 멀미를 해서는 허사
Part 2. 체험을 제공하는 측도 대책 -- 게임 내 메커니즘과 차량의 움직임을 연동
Features
・알파드/벨파이어의 안전 성능
・국내 첫 자율주행 레벨4, 안전 최우선으로 ‘슬금슬금’ 발진
Interview
파나소닉 에너지의 EV 배터리 사업 ‘전략을 짜서 이기러 가다’
News Digest
혼다, 북미용 EV에 테슬라의 충전 규격 ‘NACS’를 채택 -- 25년 발매부터 NACS로, 그때까지는 어댑터로 대응 외
Market Watch
2개월 연속 선두인 혼다 'N-BOX'는 반년 만에 2만대 이상 -- 가격 인상한 닛산 '노트'도 상품력 강화로 견실 외