<▲ BMW그룹이 2013년 출시할 전기차 'i3'의 컨셉트카>

자동차에서 실내 온도를 높이기 위해 사용하는 것은 주로 엔진에서 발생하는 열이다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 엔진 주위를 돌며 뜨거워진 냉각수를 방열장치로 통과시키고, 여기에서 발생한 열을 송풍장치로 실내에 공급하는 것이다.

때문에 외기 온도가 낮고 엔진이 식어 있는 상태에서 시동을 걸었을 때에는 히터를 틀어도 한동안 따뜻한 바람이 나오지 않는다. 특히 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 냉각수 온도가 더디게 상승하기 때문에, 연료 연소나 전기 가열을 통해 온도 상승 시간을 단축시키는 보조 수단을 쓰기도 한다.

이제는 보편화된 열선 시트나 겨울철에 특히 주목 받는 운전대 온열 기능은 이러한 자동차 히터의 단점을 보완하기 위한 편의사양들로 볼 수 있다. 시트나 운전대의 온열 기능은 전기를 이용해 상대적으로 빠른 시간 안에 가열되며, 송풍장치를 필요로 하지 않기 때문에 소음이 발생하지 않는다. 원하는 탑승자가 원하는 부위에만 작동하도록 할 수 있다는 장점도 있다.

BMW가 ‘BMW그룹 이노베이션 데이 2012’를 통해 발표한 ‘적외선 발열 표면’은 이처럼 전기를 이용해 가열되는 탑승자 온열 장치의 영역을 확대한 것으로 볼 수 있다. 적외선 발열 표면은 도어의 내장재나 대시보드 등 탑승자를 향하고 있는 실내 표면들에 적용될 수 있다. 이 표면에 전기를 공급하면 에너지가 적외선 복사열로 바뀌어 탑승자의 몸을 직접 덥혀준다.

발열 효과는 작동시킨 지 1분 안에 나타나므로 저온에서의 시동 초기에 큰 장점을 발휘한다. 탑승자에게 열을 공급하기 위해 공기를 흘려보낼 필요가 없으므로 소음이 없는 것도 장점이다. 탑승자들은 각자의 열선 시트를 조절하듯이 본인 주변의 발열 표면을 작동시킬 수 있다. 벽난로에서 나오는 열처럼 쾌적하고 편안한 따뜻함을 제공하는 이 ‘건강한’ 복사열은 의료용으로 사용되는 적외선 램프를 연상시키기도 한다.

적외선 발열 표면은 열이 한 부위에 정확하게 집중되도록 할 수 있을 뿐 아니라 운전자 혼자 탑승한 경우에는 실내의 다른 공기를 덥힐 필요 없이 곧장 운전자만 따뜻하게 할 수 있으므로 효율이 높아진다. 에너지 절약에 도움이 된다는 것이다.

<▲ 운전석 주변에 적용된 적외선 발열 표면>

적외선 발열 표면은 기존 히터의 단점을 보완하는 보조 역할로도 적합하지만, 전기자동차에 활용할 경우에는 더 큰 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 전기차는 냉각수에 열을 제공할 수 있는 엔진이 없는 탓에 주행용으로 써도 모자를 전기에너지의 상당 부분을 실내 온도 유지에 소모하게 된다. 가령, 실내 난방을 위해 전기로 워터 히터를 가동하는 전기차의 경우, 외기 온도가 낮을 때는 3kW의 에너지를 실내 온도 유지에 쓰게 되는데, 이는 도심 주행에 필요한 출력이 5kW인 것과 비교해 큰 차이가 나지 않는 것이다.

이 때문에 BMW는 건물 난방용으로 사용되는 히트 펌프를 전기차의 실내 온도 유지에 응용하는 기술도 연구 중이다. 히트 펌프는 주위의 공기가 가진 열을 이용해 에어컨 컴프레서에서 냉매를 압축하고 고온으로 상승시킨다. 차량용으로 사용하기 위해서는 냉난방과 습도까지 조절할 수 있어야 하므로 기존 냉각회로에 추가 구성품과 레귤레이터 개량이 필요하다. 외기의 열 뿐 아니라 차안에서 얻어진 열도 활용할 수 있다. 이 과정은 차 전체를 감시하는 지능형 열 관리 시스템으로 통제한다.

기존의 전기 워터 히터 방식이 3.0kW의 열을 공급하기 위해 3.3kW의 전기 에너지를 필요로 했다면, 히트 펌프 방식은 1.5kW만 있으면 된다. 때문에 전기 워터 히터를 히트 펌프로 대체할 경우, 전기자동차의 주행가능거리는 30%까지 늘어날 수 있다.