전기차 충전의 속도를 획기적으로 앞당기는 기술이 광주과학기술원(GIST) 연구팀에 의해 개발됐다.
충전과정에서 가열하는 케이블 냉각효율을 높이는 방법으로 신속한 충전이 가능한 원리다.
GIST는 기계로봇공학부 이승현 교수 연구팀이 고성능 전기차 배터리 충전 시간을 3분 20초 이내로 단축하는 혁신적 충전 케이블 냉각 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
현재 전기차 충전에는 급속 20분 이상, 완속 10시간 이상 걸린다.
이 기술이 향후 상용화되면 휘발유와 경유를 연료로 하는 내연기관 차량만큼 전기차 충전이 빨라지게 된다.
연구팀은 100kWh 전기차 배터리(테슬라 모델S, 기아 EV9 급 고성능 전기차 배터리) 기준 80% 충전을 800Vdc 전압과 7m 길이 충전 케이블 사용조건에서 그 같은 충전시간 단축이 가능하다고 밝혔다.
기후 등 변수가 많은 전기차 충전여건을 감안할 때 케이블 표면 온도가 안전 온도(80℃)를 유지하면 배터리 용량 등에 따라 충전시간은 더 줄어들 수 있다고 덧붙였다.
연구팀은 열전도가 낮은 충전 케이블 절연 피복이 내부 열을 외부로 방출하는 데 한계가 있다는 점에 착안해 기술을 개발했다.
충전 시 발생하는 열을 신속히 식히지 못해 충전시간이 길어진다는 것을 밝혀내고 급속충전 조건에서 냉각루프를 활용하고, 수평 환형관 구조에서 절연유체를 사용해 발열 케이블을 효율적으로 냉각할 수 있도록 했다.
발열 케이블 표면에 기포 생성을 촉진해 열전달 효율성을 높이는 방법으로 과열이나 고장을 막을 수 있다는 사실을 검증했다.
냉각액이 끓는점보다 낮은 상태에서 발생하는 기포가 빠르게 응축되는 현상(과냉각 비등유동)을 활용한 냉각성능 개선 원리다.
연구팀은 냉각 실험 데이터를 기반으로 한 7m 상용 충전기 케이블 예측 결과, 800Vdc 전기차 배터리 기준으로 1440kW(1800A)급 배터리의 3분대 충전이 가능하다는 결론을 도출했다고 밝혔다.
현재 세계에서 가장 빠른 640kW(800A)급 급속 충전기보다 2배 이상 빠른 충전 속도를 실현할 수 있게 됐다는 것이다.
이번에 개발한 기술을 통해 충전하면 케이블 표면 온도가 80℃ 이하로 안전하게 유지된다는 사실도 확인했다.
연구팀은 전기차 충전뿐만 아니라 초저온 냉각 케이블, 고속열차, 모노레일, 한국전력 송전선 등 고전류를 전송하는 다양한 분야에서 개발기술이 널리 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이번 연구 결과는 열전달 분야 국제학술지 《International Communications in Heat and Mass Transfer》에 지난달 19일 온라인 게재됐다.
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