해당 문서에서는 자동차 옵션표에서 볼수 있는 PTC 히터에 대한 정보를 알아봅니다. 주로 디젤차에서 사용되는 옵션으로 겨울철에 정말 유용한 기능이지만 필수적으로 포함된 경우 보다는 일정 트림 이상으로 올라가야 옵션으로 선택하거나 자동 포함되는 경우가 있습니다. 그렇다면 PTC 히터가 어떤 역할을 하는지와 전기차에서는 어떤 방식으로 히터가 동작하는지 알아보겠습니다.
자동차 PTC 히터는 어떤 역할을 할까?
겨울철이 되면 에어컨 대신 히터라는 기능을 사용합니다. 히터 외부 또는 내부의 차가운 공기를 따뜻하게 데워서 차량 내부 캐빈룸의 온도를 올려주죠. 따라서 겨울에는 정말 필수적인 기능 중에 하나라고 할 수 있습니다. 그렇다면 전통적인 방식의 자동차 히터는 어떻게 동작 할까요?
작동 원리 및 구조를 이해하려면 자동차 엔진과 냉각에 대한 이야기부터 시작해야합니다. 자동차의 심장이라고 할 수 있는 엔진은 흡입-압축-폭발-배기의 4행정 기관입니다. 연료를 압축하고 폭발 시켜서 발생된 에너지를 이용해 크랭크 축을 회전시키는 운동으로 전환 시키죠. 이 과정에서 엔진 내부는 아주 높은 열이 발생됩니다. 직접 적인 화염에 의한 열도 있지만 피스톤과 실린더 블록이 마찰되면서 발생되는 열도 있고요. 이렇게 엔진 온도가 끊임없이 올라가면 문제가 발생됩니다.
이러한 현상을 방지하기 위해 내연기관에서는 냉각 시스템을 갖추고 있으며, 우리가 잘 알고있는 냉각수(부동액), 워터 펌프, 라디에이터 그릴, 냉각팬, 수온 조절기 등으로 구성되어 있습니다.
일련의 과정 중에서 우리는 뜨거워진 냉각수의 열을 이용해서 차량 내의 히터를 구동시킵니다.
따라서 자동차가 냉간시(엔진이 아직 차가운 상태)라면 히터를 작동 시키더라도 따뜻한 바람이 나오지 않는 구조입니다. 특히나 요즘처럼 날씨가 춥고 기온이 낮은 계절에는 그 시간이 더 길어지게 되는 것이죠. 이러한 현상을 방지하기 위해서 자동차에 PTC 히터가 적용되기 시작했습니다.
자동차 PTC 히터는 Positive Temperature Coefficient Heater 의 줄인말로 세라믹 전도체를 응용한 보조적 수단의 히터입니다. 사실 이런 방식의 히터는 우리가 실내에서 사용하는 전기 히터나 캠핑 시 사용하는 히터와 동일한 구조로 익숙한 장치입니다. PTC 히터는 차량 엔진 및 냉각수의 수온이 일정 수준으로 올라가기 전에 보조적으로 작동하게 되며 초기 시동을 걸고 오랜시간을 운행하지 않아도 바로 따듯한 바람이 나오게 해주는 장치입니다. 이후 냉각수의 수온이 규정치까지 상승하면 동작을 멈추고 우리가 아는 냉각수를 이용한 히터가 동작하도록 자동 변경됩니다.
전기 자동차에서 히터가 동작하는 구조
전기 자동차는 엔진이라는 내연기관이 없는 독특한 구조이기에 전통적인 방식의 실내 난방은 불가능합니다. 따라서 주로 PTC 히터를 이용해서 히터 기능을 구현합니다. 하지만 난방 방식의 구조적 한계상 전력을 너무 많이 소비한다는 특징이 있습니다. 한번 충전해서 최대 주행 가능 거리를 다투는 전기차 시장에서는 매우 큰 단점으로 작용하죠. 겨울철 전기차에서 히터를 작동 시키면 소위 ‘배터리가 살살 녹는다’라는 표현이 있기도 합니다.
그래서 고안된 기술이 바로 히트 펌프라는 기술입니다. 고안되었다기 보다는 기존에 있는 기술을 자동차에 접목 시켰다는 표현이 더 옳겠군요. 히트 펌프 기술은 우리 실 생활과도 밀접하며 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는데요. 바로 에어컨입니다. 에어컨은 냉매를 사용해서 열을 실내에서 실외로 또는 실외에서 실내로 옮겨주는 구조입니다.
여기서 착안하여 전기차에 접목시켰는데요. 전기차에는 정말 큰 용량과 크기의 배터리를 탑재하고 있습니다. 그리고 배터리를 빠른 속도로 충전하고 방전하는 과정이 있죠. 이런 상황에서는 전류가 이동하면서 배터리가 발열 상태가 됩니다. 히트 펌프는 배터리에서 발생되는 열을 냉각 시켜주는 역할을 함과 동시에 배터리에서 빼앗은 열을 실내로 옮겨주는 역할을 하죠. 실내 히터 동작시 일반 PTC 방식보다 훨씬 더 적은 전력을 사용하기 때문에 겨울철에는 히트 펌프 장치를 탑재한 전기차와 그렇지 않은 전기차 사이에 실제 주행거리 차이가 심하게 발생되기도 합니다.