현대케피코의 공기차단밸브는 바이패스 기능을 이용해 배출되는 수소 농도를 저감시킵니다

전 세계 완성차 업체들이 전기차 또는 수소전기차(FCEV) 등 친환경차 개발에 박차를 가하고 있는 가운데, ‘FCEV 비전 2030’을 선포한 현대자동차그룹은 수소전기차 관련 다양한 선행기술을 선보이고 있습니다. 이중 공기차단밸브(Air Cut-off Valve) 개발에 만전을 기하고 있는 현대케피코의 이야기를 소개합니다.

수소전기차에서 공기차단밸브의 역할은 무엇인가요?

공기차단밸브의 역할은 시동이 정지됐을 때 연료 전지 스택의 흡입·배출 통로를 차단해 내부에 잔존하는 공기가 불필요하게 반응하여 생기는 부식을 방지하는 것입니다. 쉽게 말하면, 연료 전지 스택의 내구성을 향상시키는 것이 주목적이라 할 수 있는데요. 여기에서 한발 나아가 현대케피코가 개발해 수소전기차 넥쏘(NEXO)에 적용한 공기차단밸브에는 바이패스* 기능을 추가해 수소 농도를 낮춰 배출 규제까지 만족시켰습니다.
(*바이패스: 주관으로부터 분기되어 주관으로 다시 연결되는 보조관)

공기차단밸브에 바이패스 기능을 추가한 이유는 무엇인가요?

수소전기차를 움직이려면 공급 라인에 순수한 수소를 주입해야 하는데 질소 같은 불순물이 포함될 수 있습니다. 에너지 효율을 위해 순수하지 않은 수소를 차량 밖으로 배출하는데, 이때 수소 농도를 4% 이하로 규제하기 때문에 공기를 빨리, 많이 공급해야 합니다. 하지만 공기를 주입해 수소 농도를 최대한 낮추다 보면 연료 전지 스택이 건조해지는 문제점이 있었죠. 이에 현대케피코는 연료 전지 스택과 접촉 없이 수소를 배출할 수 있도록 바이패스 기능을 추가했습니다.

현대케피코에서 수소전기차용 공기차단밸브를 개발하기 시작한 건 언제부터인가요?

공기차단밸브는 연료 전지 스택의 내구성을 좌우하는 중요한 부품 중 하나입니다

2016년 초부터였습니다. 당시 수소전기차용 공기압력조절장치(Air Pressure Control Valve)를 개발하고 있었는데요. 이와 관련해 수소전기차 시스템을 분석하다보니 연료 전지 스택의 내구성을 좌우하는 중요한 부품이 있다는 것을 알게 되었습니다. 그게 바로 공기차단밸브였습니다. 연료 전지 스택의 내구성 향상을 위해서는 공기차단밸브의 기밀력 개선이 필요하다고 생각했고, 이는 현대케피코의 밸브 설계 노하우를 바탕으로 충분히 개선 가능하다고 판단되어 과감하게 개발을 시작하게 됐습니다.

현대케피코 공기차단밸브만의 특징이 궁금합니다.

공기차단밸브의 핵심 기술은 전원 차단 후 완전 밀봉 수준의 기밀력을 유지해야 하는 것입니다. 그것을 가능하게 하는 것이 ‘차단 디스크의 고무 형상’ 및 ‘누르는 힘 정밀 제어’ 입니다. 현대케피코는 고무 형상 및 힘 정밀 제어 최적화에 능숙한 기업이죠. 이를 바탕으로 기밀력을 향상시키고 더 나아가 출입구 통로를 하나의 모터로 동시에 개폐할 수 있는 기술을 구현한 것이 핵심입니다.

현재 공기차단밸브는 넥쏘에 적용돼 있는데요. 개발 과정에서 가장 힘들었던 부분은 무엇인가요?

넥쏘에 적합한 공기차단밸브 개발 중 공기차단 디스크의 기밀력은 향상하였으나 반복해서 여닫다 보니 고무가 마모되거나 찢어지기도 했습니다. 그렇다고 내구성에 집중하면 기밀력이 낮아져 둘을 동시에 만족시키기가 힘들었습니다. 하지만 ‘고무씰 형상 최적화’를 통해 결국 기밀력과 내구성을 동시에 만족시키는 기술을 개발할 수 있었습니다.

2022년까지 차세대 및 고출력 사양 선행 개발을 진행하고 있다고 들었습니다. 새로운 선행 기술의 목표와 콘셉트는 무엇이며, 현재 진행 사항은 어떤지 말씀 부탁드립니다.

차세대 및 고출력 사양에 대한 선행 개발을 진행 중에 있습니다. 개발의 초점은 공기차단밸브의 핵심 성능인 공기차단 디스크의 기밀력 향상 및 기밀을 확실히 보증할 수 있는 락킹 구조 개발입니다. 기밀력 향상의 경우 성능 검증은 완료되었고 올해 말 내구 검증을 진행 예정이며, 락킹 구조의 경우 내년 개발 완료를 목표로 콘셉트 검토 단계에 있습니다.

인터뷰. 현대케피코 제품설계2팀 조웅래 책임연구원

▶ 해당 기사는 현대자동차그룹 사보 <모터스라인>에서도 확인하실 수 있습니다.