전기차 보급이 확대되면서 차량 열관리 기술의 한계가 뚜렷해지고 있다. 기존 내연기관 차량은 엔진에서 발생하는 풍부한 폐열을 활용해 앞유리 성에를 제거해 왔지만, 이 방식은 열을 유리 표면에 불균일하게 전달하는 비효율적인 구조를 갖고 있다. 문제는 전기차 역시 배터리로 구동되는 실내 공조 시스템을 통해 이 같은 구식 방식을 그대로 답습하고 있다는 점이다. 더욱이 전기차 실내는 소음 저감을 위해 구조적으로 밀폐도가 높아 내부 김서림과 성에 문제가 오히려 더 심각하게 나타난다. 영하의 기온에서는 주행 중에도 앞유리에 빠르게 성에가 끼어 시야를 가리는 위험한 상황이 발생할 수 있지만, 기존 HVAC 기반 성에 제거 방식은 에너지 소모 대비 효과가 떨어진다는 지적이 이어져 왔다.

이 같은 구조적 한계를 정면으로 겨냥한 기술이 등장했다. Betterfrost Technology는 독자적인 알고리즘과 고밀도 전력 변환 모듈을 결합한 새로운 성에 제거 기술을 개발했다. 이 기술은 펄스 형태의 전력을 유리에 직접 공급해 승용차와 상용 트럭의 유리창 성에를 기존 HVAC 방식 대비 20배 적은 에너지로 약 60초 만에 제거한다. 전기차에서 성에 제거는 곧 주행 에너지를 깎아먹는 요소라는 점에서, 이 수치는 단순한 편의성 개선을 넘어 주행 효율과 직결된다.

[그림 1] 베터프로스트의 획기적인 기술은 펄스 전력과 고밀도 전력 모듈을 활용하여 20배 적은 에너지를 사용하면서 60초 이내에 자동차 유리의 얼음을 녹인다.

전기 파워트레인으로의 전환은 차량에서 사실상 ‘무료’로 활용되던 폐열의 소멸을 의미한다. 내연기관 차량과 달리 전기차는 성에 제거와 김서림 방지를 위해 메인 배터리의 전력을 직접 사용해야 하며, 이는 곧 주행 가능 거리 감소로 이어진다. 베터프로스트는 이 문제를 기존의 ‘완전히 녹이는’ 접근이 아닌, 얼음과 유리 사이의 결합을 약화시키는 방식으로 풀어냈다.

베터프로스트의 출발점은 2015년 미국 Dartmouth College ICE Lab에서 이뤄진 연구였다. 연구진은 앞유리에 붙은 얼음을 제거하기 위해 전체를 가열해 녹일 필요가 없다는 사실을 발견했다. 핵심은 얼음과 유리 사이에 존재하는 ‘계면층’이었다. 이 결합만 약화시키면 얼음은 자연스럽게 분리될 수 있다는 점에 착안해, 베터프로스트는 짧고 정밀하게 제어된 전력 펄스를 유리 표면에 전달하는 방식을 구현했다. 이를 통해 얼음 아래에 얇은 준액체층을 형성하고, 유리 전체를 가열하지 않고도 성에를 즉각적으로 제거할 수 있게 했다.

독자적인 전력 제어 알고리즘은 이 기술의 성능을 좌우하는 핵심이다. 현재 대부분의 자동차 앞유리와 파노라마 루프에는 은이나 인듐 주석 산화물 기반의 저방사 전도성 코팅이 적용돼 있는데, 베터프로스트는 이 코팅을 전기 경로로 활용한다. 알고리즘은 이 경로를 따라 전력을 정밀하게 분배해 기존 HVAC 방식이 약 25분 걸리던 성에 제거 작업을 1분 이내로 단축한다. 에너지 사용량은 내연기관 차량 대비 약 95% 수준까지 줄어들며, 표면 전체를 균일하게 처리함으로써 유리 균열을 유발할 수 있는 열응력도 감소시킨다. 회사 측에 따르면 영하 20도의 환경에서 실내 난방 수요를 최대 27%까지 낮출 수 있어, 전기차 주행거리 연장 효과도 기대할 수 있다.

이 방식은 차량 설계 측면에서도 변화를 가져온다. 소음이 큰 송풍 모터와 부피가 큰 에어 덕트의 필요성이 줄어들면서 승객 편의성이 향상되고, 확보된 공간은 다른 기능을 위해 활용할 수 있다. 더 나아가 이 기술은 자동차 산업을 넘어 항공기 날개 성에 제거에 사용되는 고가의 글리콜 스프레이를 대체하거나, 풍력 터빈 블레이드 결빙 방지, 냉동 창고의 에너지 효율 개선 등 다양한 산업 분야로의 확장 가능성도 갖고 있다.

[그림 2] 바이코(Vicor) BCM은 DC-DC 변압기로 기능한다. 고정 비율 컨버터는 초당 80 암페어의 속도로 전력 변화에 반응한다. 베터프로스트는 펄스 에너지를 사용하여 기존 HVAC 시스템의 25분과 비교해 1분 이내(최단 기록 42초)에 매우 얇은 계면 얼음층을 녹인다. 이 기술은 독자적 알고리즘을 사용하여 기존 방식 대비 20배 적은 에너지를 소비하면서 균일한 방식으로 얼음을 녹인다.

베터프로스트 솔루션의 또 다른 축은 48V 중심의 전력 공급 아키텍처다. 이를 위해 회사는 고밀도 자동차 등급 800V 및 400V-48V 고정 비율 버스 컨버터를 채택했다. 이 과정에서 활용되는 것이 Vicor의 BCM 버스 컨버터다. 예를 들어 BCM6135 모델은 3.4kW/in³에 달하는 업계 최고 수준의 전력 밀도를 제공하며, DC-DC 변압기 형태로 동작한다. 입력 전압은 모듈의 변환 비율에 따라 저전압으로 변환되는데, 변환 비율이 1/16이고 입력이 800V일 경우 출력은 약 50V가 된다. 이러한 모듈은 기존 DC-DC 컨버터 대비 최대 90% 작은 설치 면적으로 엄격한 연면거리와 공간거리 기준을 충족한다.

베터프로스트의 최고경영자이자 자동차 업계 베테랑인 데릭 레딩은 바이코의 기술에 대해 과도한 크기나 무게 증가 없이 48V 전력 공급을 구현할 수 있게 해주는 핵심 요소라고 평가했다. 그는 이 수준의 효율성과 전력 밀도를 동시에 제공할 수 있는 선택지는 사실상 바이코뿐이라고 강조했다.

베터프로스트는 현재 완성차 제조사와 1차 부품 공급업체, 차량 운영사들과 협력을 확대하며 상용 트럭과 프리미엄 전기차 시장의 얼리어답터들과 논의를 진행 중이다. 회사는 향후 3년에서 5년 이내에 전기차와 하이브리드 플랫폼 전반으로 적용 범위를 넓힌다는 계획이다. 연구실에서 출발한 아이디어는 이제 자동차 산업의 구조적 문제를 해결하는 기술로 성장하고 있으며, 베터프로스트는 파트너들과 함께 겨울철 가장 흔하면서도 위험한 문제 중 하나인 성에 제거의 방식을 근본적으로 재정의하고 있다.

이준문 기자/jun@newstap.co.kr

ⓒ 뉴스탭(https://www.newstap.co.kr) 무단전재 및 재배포금지