전기 대형 트럭 냉각 시스템 최적화

알테어 CFD 시뮬레이션을 통한 전기차 파워트레인 설계 및 냉각 효율 개선

배경

효율적인 열 관리는 전기차의 안전하고 안정적인 운행을 위해 필수적입니다. 최적화된 냉각 시스템 설계는 배터리, 파워트레인, 전장 부품의 온도를 안전한 범위 내에서 유지하여 전기차의 성능, 효율성, 내구성을 보장합니다. 과열을 방지함으로써 열 관리 시스템은 에너지 손실과 손상을 최소화하고 핵심 부품의 수명을 연장합니다. 수냉식 냉각 방법은 가장 널리 사용되는 방식 중 하나로, 냉각수가 열을 흡수하여 라디에이터에서 방출하는 구조입니다.

전기차는 내연기관 차량에 비해 많은 부품이 사라졌지만, 대형 차량의 경우 고출력과 장시간 운행 특성상 열 관리가 여전히 핵심 과제로 남아 있습니다. 국내 주요 자동차 및 건설·물류 장비 제조사들 역시 전동화 전환 과정에서 대형 전기차의 안정적 운행을 보장할 수 있는 고효율 냉각 시스템 확보가 시급한 과제로 떠오르고 있으며, 이는 향후 시장 경쟁력 확보의 핵심 요소가 되고 있습니다.

고객사 소개

Propel Industries는 인도에서 지속 가능한 운송의 미래를 선도하는 기업으로, 광산과 건설과 같은 오프로드 현장에서 활용할 수 있는 인도의 최초 스마트 전기 덤프트럭을 출시했습니다. 또한 최근에는 대형 화물 운송을 위한 스마트 전기 트랙터-트레일러도 선보였습니다. 이러한 전기차는 기존 디젤 트럭을 대체할 수 있는 친환경적이고 청정한 대안으로, 고성능과 안전성, 편의성, 그리고 환경 영향을 줄이는 효과를 동시에 제공합니다.

Propel의 신형 전기트럭은 기존 트럭보다 기계적 부품이 적게 설계되어 유지보수 비용을 낮추고 운행 효율성을 높였습니다. 이와 같은 전기 덤프트럭과 전기 트랙터-트레일러 기술은 한국의 건설·광산 현장은 물론 항만 물류나 장거리 화물 운송 등 다양한 산업 분야에도 적용 가능성이 높습니다.

주요 과제

전기 대형 트럭과 특장차는 무거운 적재 하중, 혹독한 운행 환경, 그리고 급격한 기후 변화 등의 조건 속에서 운행되기 때문에 기존 내연기관 차량과는 차별화된 열 관리 솔루션이 요구됩니다.

국내 제조사들이 직면하는 가장 큰 과제 중 하나는 다양한 운행 모드와 부하 조건에서 냉각 시스템 내 유동과 열 분포를 정밀하게 파악하는 것입니다. 라디에이터, 펌프, 인버터, MCU, 모터, 냉각 배관 등 복잡한 서브시스템 간 상호작용을 고려한 전체 시스템 수준의 검토와 이해가 필요하며, 이를 위해서는 실제 주행 환경을 반영한 시뮬레이션 접근이 필수적입니다. 단순히 부품 단위의 검증을 넘어 시스템 레벨에서의 분석과 최적화가 필수적이며, 이를 통해 부품의 적정 용량 산정과 설계 개선 포인트를 조기에 발견할 수 있습니다.

알테어 솔루션

알테어는 CFD, 열, 구조 해석 솔루션을 활용하여 실제 운행 조건을 반영한 냉각 시스템 시뮬레이션을 제공합니다. 엔지니어링 팀은 Altair® HyperMesh® CFD를 활용해 해석 모델을 준비하고, 표면 및 볼륨 메싱을 수행했습니다.

Altair® AcuSolve®를 이용하여 과도 상태에서의 냉각 시스템 내 유동과 열 분포를 정밀하게 분석했습니다. 모터, 제어 장치, 인버터, 냉각 배관을 포함한 전체 냉각 회로는 시간에 따라 변화하는 시스템 상태를 반영한 동적 모델로 구축되어 다양한 주행 사이클에 따른 시스템 거동을 평가할 수 있었습니다. 펌프 정격 파라미터와 효율 맵, 각 서브시스템의 발열 데이터를 반영해 모델을 구성했고, 실제 시험 데이터를 기반으로 한 검증을 통해 높은 신뢰성을 확보했습니다.

결과

시뮬레이션은 시험 데이터 대비 90% 이상의 정확도를 달성했으며, 유속, 압력, 온도 분포를 포함한 상세한 결과를 제공했습니다. 이를 통해 인버터, MCU, 모터의 과열을 방지하기 위해 적정 냉각 유량과 온도 조건을 명확히 도출할 수 있었습니다. 이러한 접근 방식은 프로토타입 제작 주기를 단축시키고 ‘First-time-right’ 설계를 가능하게 하여 개발 과정에서의 반복 작업을 최소화했습니다. 그 결과, 제품 개발 기간이 크게 단축되었으며, 엔지니어링 리소스 활용 효율 또한 개선되었습니다.

이와 같은 방법론은 국내 전기 상용차, 건설·광산 장비, 물류 차량 개발에도 직접적으로 적용할 수 있는 시사점을 제공합니다. 알테어의 AI 기반 시뮬레이션과 데이터 분석 솔루션은 한국 기업들이 복잡한 물리 현상을 정밀하게 해석하고, 설계 효율을 극대화하며, 제품 개발 혁신을 가속화할 수 있도록 지원하고 있습니다.

자세한 내용은 [여기]에서 확인하실 수 있습니다.