쉘은 더욱 가볍고, 장거리를 주행할 수 있으며, 보다 저렴한 전기자동차 개발의 핵심 요소로서 배터리 유체의 새로운 틀을 연구하고 있다.
세계 최대의 자동차 윤활유 공급업체인 쉘은 포뮬러 E 레이싱을 새로운 E-써멀 및 E-트랜스미션 플루이드의 시험대로 사용하고 있다. 기존에 자리 잡은 물-글리콜 간접 냉각 시스템을 뛰어넘어 산업 표준으로 밀고 있는 직접 셀 냉각 시스템도 여기에 포함된다.
“직접 셀 냉각을 통해 자동차 회사들은 더 높은 전력 밀도로 더 콤팩트한 배터리를 설계할 수 있고 전력 대 중량의 전반적인 이점이 더 좋다”라고 쉘의 E-플루이드 기술 부매니저인 크리스 도브로볼스키는 말했다.
직접 셀 냉각(일명 침지 냉각)에서는 배터리 팩 내부의 개별 리튬 이온 셀과 각 셀을 연결하는 버스바 및 커넥터들이 전기적 유도 작용을 일으키는 (절연성) 유체에 침지되어 충전과 방전시 열 축적을 제어한다.
이 유체는 절연체이기 때문에 셀에서 셀로의 열 폭주(더 잘 알려진 표현으로는 ‘화재’)를 억제할 수 있다.
현재, 직접 셀 냉각은 최첨단 배터리 기술이며, 맥라렌 스피드테일이나 리막이 설계한 배터리를 가진 코닉세그 레게라 하이브리드와 같은 소량 제작의 이국적인 슈퍼카들에 한해 제한적으로 사용되고 있다.
하지만 많은 제조업체들이 보다 합리적인 가격의 대량 판매 모델을 위한 돌파구로서 직접 셀 냉각을 활용하고 싶어 한다는 것이 쉘의 판단이다. “대부분의 주요 OEM들이 이 방법을 시험하고 있거나 이미 이런 종류의 기술을 개발 중이다”라고 도브로볼스키는 말했다.
직접 셀 냉각은 현재 업계에서 중간 가격대 및 고급 모델용으로 가장 선호하는 방식인 펌프, 라디에이터 또는 에어컨 기반 물-글리콜 시스템을 통한 간접 냉각을 대체할 수 있다.
이러한 간접 냉각을 위한 하드웨어는 무게와 복잡성을 더한다. 또 다른 위험은 연소 엔진 냉각수에 사용되는 알코올계 부동액과 동일한 글리콜이 배터리 셀에 불이 붙을 경우 화재의 원인이 될 수 있다는 것이다.
하지만 경제적 이점이 있고, 공랭식 배터리는 비용이 적게 들어 닛산 리프나 르노 조에와 같은 더 저렴한 전기 자동차를 만드는 제조사들에게 매력적이다.
쉘의 E-써멀 유체는 최적의 열 특성을 위해 점도가 매우 낮은 합성 유전체 오일이다. 불순물을 제거하여 회로의 전기적 성능에 영향을 주지 않으며, 첨가제의 수가 적다.
전기자동차의 친환경 이미지를 고려하면 아이러니하지만, 직접 셀 냉각으로 광범위하게 전환하면 전기 자동차의 탄화수소 양이 증가할 것이다.
“배터리의 크기와 출력에 따라, 각 차에 필요한 액체 부피는 약 9L에서 15L가 될 것이다”라고 도브로볼스키는 말했다.
오일은 배터리 팩 내부에 밀봉되고 차의 수명(일반적으로 15년 또는 30만km) 동안 유지되도록 설계되었다. 또한 나중에 재활용될 수 있다.
윤활유와 냉각 유체는 자동차 산업에서 아주 많이 알려지지 않은 부분이지만, 분명 거대한 사업이고 미래 전기 자동차의 품종을 개선하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 탄화수소처럼 유행에 뒤떨어진 어떤 것들로부터 이러한 결과가 나온다.
내연기관에서 EV로 서서히 이동하는 쉘
비록 미래의 전기차 시대에는 엔진 오일 교환이 덜 빈번해지겠지만 순식간에 그렇게 되진 않을 것이다. 2030년 새로운 가솔린 및 디젤 자동차의 최종 기한을 훨씬 넘겨 수십 년에 걸쳐 점진적으로 감소가 될 것이다. 게다가, 그 후에도 여전히 재래식 오일에 대한 수요가 있을 것이다.
“한 가지 기억해야 할 것은 우리가 하루아침에 기존의 사업을 포기하는 것이 아니다”라고 쉘의 크로스 도브로볼스키는 말했다.
따라서 신차 시장이 EV로 전환됨에 따라 쉘은 정제 용량과 혼합 설비를 E-플루이드에 유리하게 재조정할 것이다.
예를 들어, E-트랜스미션 플루이드는 화학 성분 측면에서 현재의 트랜스미션 오일에 매우 가깝기 때문에 기본 산업 공장은 생산을 계속할 것이다.
쉘이 투자해야 할 것은 공정 중 청결함과 필터링이다. 전기 모터 유체가 불순물에 대한 내성이 낮기 때문이다.
“조립 공장들은 채워 넣는 작업을 위해 새로운 클린 룸이 필요할 것 같다”라고 도브로볼스키가 말했다. “이것은 업계의 모든 사람들에게 도전이다.”
