전기차 모터 냉각에 대해 알아보자(5)

 전기차 모터의 냉각은 앞서 소개드린 바와 같이 크게 수냉(water cooling)과 유냉(oil cooling) 방식으로 나눌 수 있습니다. 각각의 냉각 방식에 따른 장/단점을 알아 보겠습니다.

 

 수냉 방식의 장점은 구조가 간단하며 모터(정확히는 내부의 스테이터)를 감싸고 있는 하우징 단면의 유로에 냉각수가 흐르고 있기 때문에 하우징과 직접 접촉되어 있는 스테이터의 냉각에 유리합니다. 그리고 기존의 차량의 라디에이터 시스템에 흐르는 냉각수를 그대로 활용할 수 있는 장점도 있습니다.

 

 수냉 방식의 단점은 코일을 감싸고 있는 절연지(코일외부로 전기가 통할 수 없도록 막는 재료)의 열저항(코일외부로 열이 이동하지 못하게하는 저항)으로 인해 내부 코일의 열원을 냉각할 수 없습니다. 이는 냉각성능의 치명적인 단점이기 때문에 수냉 방식은 냉각성능 개선에 한계가 있습니다. 또한 관련 기술향상이 포화되어 있기 때문에 현재로서는 냉각성능 향상에 한계에 달해 있습니다.

 

 유냉 방식의 장점은 오일을 열원인 코일에 직접 흘리거나(dripping) 뿌려서(spray) 냉각하는 방식으로 수냉에 비해 냉각효과가 상대적으로 큽니다. 그리고 기본적으로 차량에 장착되어 있는 오일을 활용하는 방안이 가능합니다. 하이브리드 자동차는 엔진오일 및 감속기(모터와 차축의 연결기어) 오일이 활용 될 수 있고, 순수 전기 자동차는 감속기 오일이 사용될 수 있습니다.

 

 유냉 방식의 단점은 오일쿨러와 추가적인 배관이 필요하여 하우징의 가공 및 제작 그리고 레이아웃이 복잡해질 가능성이 커지게 됩니다. 그리고 냉각 후 상승된 오일온도 관리 및 오일의 흐름제어(flow control) 기술이 추가되어야 합니다. 

 

 아래 그림은 대표적인 유냉방식이 적용된 전기모터의 레이아웃이 됩니다. 모터 상부에는 오일이 머무를 수 있는 오일 섬프(oil sump)가 있고 오일을 순환 시킬수 있는 전동 오일 펌프(EOP : Electric Oil Pump)가 모터에 장착되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 모터 하부에는 중요한 부품 중 하나인 열교환기 역할을 하는 오일쿨러(oil cooler)가 장착되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

 

오일 냉각이 적용된 전기차 모터 사례 : GM BOLT

 

 한편, 유냉 방식은 기존의 선행 연구사례 조사에 의하면 이미 시판되고 있는 차량에 적용하고 있기 때문에 특허와 같은 기술장벽에서 자유로울 수 없는 측면이 있습니다.