현대자동차그룹은 전기차와 자율주행에 최적화된 미래 모빌리티 신기술을 꾸준히 선보이고 있다. 이번에 새로 개발한 금속 코팅 발열 유리도 그중 하나다. 금속 코팅 발열 유리는 유리 자체적으로 발열 기능과 태양 열에너지 차단 기능을 구현해 차량 사용에 불편함을 주는 외부 온도 환경에도 효과적으로 대응하는 기술이다. 이로써 사용자 편의성을 획기적으로 향상시키고, 나아가 공조기의 전력 소모를 줄여 전기차의 효율적인 운행을 도울 수 있다. 해당 기술의 특징을 자세히 살펴봤다.
사계절이 뚜렷한 우리나라에서는 연중 최저/최고기온 차이가 60°C에 달할 만큼 혹독한 추위와 더위가 반복된다. 이로 인해 겨울철 차량 유리에 성에가 서리거나, 여름철 차량 실내 온도가 뜨거울 정도로 상승하는 등 사용자가 불편을 겪는 일도 적지 않다. 기존에는 공조기를 통해 이를 관리했지만, 상황에 따라서는 그 효과가 제한적이었다.
먼저, 히터로 앞유리(윈드실드)의 성에를 제거하는 데 상당한 시간이 소요되는 것을 그 예로 꼽을 수 있다. 이는 열원(엔진 폐열 또는 PTC 히터)으로부터 따뜻한 바람이 나오기까지 시간이 걸릴 뿐 아니라 공기의 열전도율 또한 낮기 때문이다. 뿐만 아니라 공조기 사용 시 탑승자 얼굴로 바람이 향해 피부가 건조해지는 점도 쾌적한 이동의 경험을 저해하는 부분으로 작용했다.
이런 문제는 자율주행 기술이 보편화된 미래 모빌리티 시대에 걸림돌이 될 수 있다. 자율주행 시스템은 차량 내·외부에 탑재한 센서로 주행 정보를 수집하고, 윈드실드에도 비전 센서(카메라)를 비롯한 주행 정보 수집 센서가 부착된다. 따라서 윈드실드의 성에나 습기를 신속하고 깨끗하게 제거하지 못하면 자율주행 기능이 원활하게 작동하기 어려울 수 있다. 현대차그룹이 전기차, 자율주행 등 미래 모빌리티 시대에 발맞춰 개발한 금속 코팅 발열 유리는 이런 우려를 말끔히 해결한다.
해당 기술의 가장 큰 장점은 유리의 자체적인 발열로 기존 기술 대비 탁월한 제상·제습 성능을 발휘한다는 점에 있다. 금속 코팅 발열 유리는 유리 자체의 온도를 높여 -18℃에서도 5분 이내에 성에를 완벽히 제거할 수 있다. 이처럼 우수한 제상 성능을 구현한 비결은 기존 13.5V 전원 시스템 대비 높은 전압을 인가하는 48V 전원 시스템을 채택한 덕분이다.
발열 기술의 핵심은 금속 코팅 발열 유리 내부에 적용된 금속 코팅에 있다. 금속 코팅은 유리에 은(Ag)을 비롯한 약 20종의 금속 성분을 코팅한 것으로, 윈드실드 내부에 적용돼 전류가 흐르면 발열체로 기능하도록 만들어졌다.
금속 코팅 발열 유리의 또 다른 특징으로는 우수한 전방 시야를 꼽을 수 있다. 열선을 삽입한 기존 윈드실드는 눈에 보이는 텅스텐 열선으로 인해 운전자의 시야를 방해하는 문제가 뒤따랐다. 반면 금속 코팅 발열 유리는 투명한 성질의 금속 코팅을 적용하여 빛 번짐이나 왜곡 없이 깨끗한 시야를 보장한다.
금속 코팅 발열 유리는 겨울뿐 아니라 여름에도 유용하다. 여름철 차량 실내 온도를 상승시키는 주요 원인인 태양 열에너지를 차단하는 효과까지 갖췄기 때문이다. 태양 열에너지는 태양광의 다양한 파장 가운데 적외선에 의해 주로 전달되는 것으로 알려졌다. 금속 코팅 발열 유리는 적외선 영역의 반사 및 자체 열 방사를 통하여 총 태양 에너지의 60% 이상(*ISO13837 기준)을 차단하여 차량 실내 온도 상승을 최대 2~3℃ 억제할 수 있다.
* ISO13837 : 자동차 유리의 태양 에너지 투과율 측정 기준
이는 열차단 틴팅 시공과 비교했을 경우에도 우수한 경쟁력이 돋보인다. 동일 수준의 열차단 틴팅 필름은 가시광선 투과율이 기준치 미만인 70% 이하가 대부분이다. 이에 따라 열차단 틴팅 시공 시에는 악천후 주행 시 운전자가 전·후방 시야를 제대로 확보하지 못하거나, 차량에 방치된 영유아를 제때 발견하지 못하는 등의 위험성을 안고 있다. 그러나 금속 코팅 발열 유리의 가시광선 투과율은 70% 이상으로 법규를 만족할 뿐만 아니라 밝고 선명한 시야로 운전자와 탑승자의 안전까지 보장한다.
또한 금속 코팅 발열 유리는 실내 통신 장애를 일으키는 열차단 틴팅 필름의 고질적인 문제에서도 자유롭다. 열차단 틴팅 필름은 필름에 함유된 금속 성분이 차량 내에 설치한 하이패스 단말기, 아파트 출입카드, 핸드폰 통신, GPS 신호 등 전파와 적외선 통신을 방해해 기기의 비정상적인 작동을 유발한다. 이런 점을 고려해 금속 코팅 발열 유리는 발열이 필요하지 않은 부분에는 금속 코팅을 입히지 않는 방식과 전파 송수신이 잘 될 수 있는 금속 코팅면 패턴 가공 적용으로 일반 유리와 동일한 전파 수신 성능을 구현했다.
미래 모빌리티 시대에는 금속 코팅 발열 유리의 효용성이 더욱 주목받을 전망이다. 해당 기술을 적용하면 기존 제상·제습 용도로 활용하던 크래시패드 상단의 에어벤트를 삭제하고 이를 통해 크래시패드 상부의 디자인 자유도를 획기적으로 향상시켜 윈드실드 전체를 활용하는 풀 헤드업 디스플레이, 대화면 증강 현실 내비게이션 등의 기술 혁신으로 이어질 수 있기 때문이다.
또한 금속 코팅 발열 유리를 전기차에 적용할 경우에는 전력 소비 감소 효과도 얻을 수 있다. 기존 히터 사용 대비 전력 10%를 절감하는 제상 성능, 열차단 기능에 의한 에어컨 전력 소비 저감 효과도 기대된다. 즉, 금속 코팅 발열 유리는 우수한 제상·제습 효과는 물론, 뛰어난 열차단 성능에 의한 실내 온도 상승 억제, 에너지 절약, 안전한 운전 환경 등을 제공하는 전천후 기술로 평가할 수 있다.
현대차그룹은 금속 코팅 발열 유리가 단순히 사용자 편의성과 쾌적함을 향상하는 데 그치지 않고 혹한 지역에서의 자동차 안전 향상, 자유로운 실내 레이아웃 설계, 전기차 전비 상승 등의 효과까지 전망하고 있다. 개발을 담당한 MLV외장설계1팀 정기헌 파트장, 이강희 책임연구원과 만나 우리의 일상을 쾌적하고 편리하게 만들어줄 금속 코팅 발열 유리와 관련된 자세한 이야기를 들어봤다.
Q. 금속 코팅 발열 유리의 특징은 무엇이며, 기존 기술과 비교 시 어떤 점이 장점인가?
이강희 책임연구원I 북유럽, 캐나다 등 혹한 지역에서 윈드실드 내부에 텅스텐 열선을 삽입한 발열 유리 차종이 판매되고 있다. 해당 차종의 유리는 13.5V 전원 시스템으로 작동해 제상·제습 성능이 약할 뿐 아니라 텅스텐 열선이 운전자의 전방 시야를 방해하는 문제가 뒤따른다. 그러나 우리가 개발한 금속 코팅 발열 유리는 폭넓은 기능과 우수한 성능을 제공하는 기술로 경쟁력이 뛰어나다.
세계 최초로 48V 전원 시스템을 채택해 기존 13.5V 전원 대비 유리 온도를 빠르게 높여 탁월한 제상·제습 성능을 구현했고, 텅스텐 열선이 아닌 투명 금속 코팅을 발열체로 사용해 왜곡 없이 깨끗한 시야까지제공하기 때문이다. 또한 자체적인 실험 결과에서는 여름철 실내 온도 상승을 최대 2~3℃ 억제하는 태양 열에너지 차단 효과도 입증했다.
Q. 48V 전원 시스템 적용으로 성능이 얼마나 향상됐는가?
정기헌 파트장I 48V 전원 시스템은 고전압 배터리의 고효율 전력을 사용할 수 있는 전기차, 플러그인 하이브리드 차량에 최적화된 기술이다. 이런 48V 전원 시스템을 사용한 금속 코팅 발열 유리는 유리 온도를 상온에서 최대 75℃까지 높일 수 있다. 기계적인 성능으로는 그 이상도 가능하나 탑승자 안전을 고려한 최대 온도 설계를 진행하였고, 영하 18℃ 기준 5분 만에 성에를 100% 제거하는 탁월한 성능을 발휘한다. 참고로 같은 조건에서 13.5V 전원 시스템은 성에 제거에 15분 이상 소요되는 것으로 나타났다.
Q. 열차단 틴팅 필름보다 우수한 특징은 무엇인가?
이강희 책임연구원I 열차단 틴팅 필름은 크게 비반사식 필름과 반사식 필름으로 나뉜다. 비반사식 필름은 태양 열에너지를 필름이 흡수한 뒤 이를 실내·외로 재방출하고, 반사식 필름은 금속 코팅을 통해 태양 열에너지를 반사해 우수한 열차단 성능을 구현하는 등 구조 및 원리가 다르다. 금속 코팅 발열 유리는 반사식 필름과 동일한 원리로 태양 열에너지 차단 성능을 갖췄지만, 국내 법규에 맞춰 70% 이상의 가시광선 투과율을 확보했다. 또한 전파 수신 성능을 떨어뜨리는 반사식 필름의 문제를 고려해, 발열이 불필요한 유리 부분에 금속 코팅을 입히지 않는 방식으로 기존 유리와 동일한 전파 수신 성능을 구현할 수 있었다.
Q. 미래 모빌리티 시대에 금속 코팅 발열 유리의 역할을 얼마나 기대할 수 있는가?
정기헌 파트장I 전기차의 경쟁력은 열 관리 기술에 있다고 해도 과언이 아니다. 열에너지를 효율적으로 관리하면 전기차의 편의 기능을 더 많이 활용할 수 있고, 주행거리를 늘리는 데도 큰 도움이 되기 때문이다. 이에 따라 금속 코팅 발열 유리는 에너지와 시간을 절약할 수 있는 전기차 시대의 주요 기술로 활약할 전망이다. 쾌적한 실내 환경, 안전한 주행 환경을 제공하는 금속 코팅 발열 유리를 통해 미래 모빌리티 시대로 한 걸음 나아가기를 기대해본다.
사진. 조혁수
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