환경 보호에 대한 세계적인 인식이 높아짐에 따라 전기차(EV) 산업은 탄소 배출을 줄이는 중요한 해결책으로 급증하고 있습니다. 통계 데이터에 따르면, 교통 부문은 전 세계 온실가스 배출의 약 4분의 1을 차지하며, 그 중 75% 이상이 도로 교통에서 발생합니다. 기후 변화에 대응하기 위해 많은 국가들이 EV의 채택을 촉진하고 있으며, 향후 수십 년 동안 자동차 시장을 지배할 것으로 예상됩니다.

그러나 이 목표를 달성하기 위해서는 전기차의 모든 시스템과 서브시스템의 성능을 극대화하여 차량의 주행 거리를 향상시켜야 합니다. 전기 모터(e-motor)는 중요한 서브시스템으로, 자동차의 총 에너지 소비량의 약 7%를 차지하므로 모터 베어링 윤활 최적화가 에너지 효율성을 개선하는 데 필수적입니다.

전기차 모터 베어링의 윤활 요구 사항

리튬 기반 그리스와 대체 그리스의 비교: 전기차의 모터 베어링은 주로 마찰과 마모를 줄이기 위해 그리스를 사용합니다. 그리스는 기본 오일, 증점제 및 첨가물로 구성되며, 증점제의 역할은 화학 조성에 크게 의존하여 오일을 구조 내에 유지하는 것입니다. 현재 리튬 염 기반의 점도 조절 시스템이 시장을 지배하고 있으며, 리튬 기반 그리스가 전 세계 시장의 약 70%를 차지하고 있습니다. 리튬 복합체(LiX) 그리스는 우수한 고온 성능, 기술적 가용성 및 모터에서의 효과적인 윤활로 잘 알려져 있습니다.

그러나 전기차 배터리가 리튬 수요를 증가시키면서, 리튬 기반 화합물의 상승하는 비용과 잠재적인 독성 문제로 인해 대체 비리튬 점증제를 찾고 있습니다. 반극성 화합물인 폴리우레아(PU) 그리스는 낮은 속도에서 우수한 오일 필름 두께, 뛰어난 전단 및 열 안정성, 그리고 베어링 수명을 연장할 수 있는 능력 덕분에 유망한 대안으로 떠오르고 있습니다.

일본 시장에서 PU 그리스는 전체 그리스 생산의 약 4분의 1을 차지하며, 이 비율은 증가할 것으로 예상됩니다. 또한, 유럽, 태평양 지역 및 동남아시아에서 PU 그리스에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

리튬 기반 그리스에 비해, 비극성 증점제 시스템인 폴리프로필렌(PP) 그리스는 더 나은 윤활 성능을 제공합니다. 연구에 따르면 PP 그리스는 마찰 성능 평가에서 우수하며, 높은 오일 방출률을 가지고 있어 전기차 모터 응용 분야에서 사용될 잠재적인 후보입니다.

오일 방출 및 모터 베어링 성능 최적화

오일 방출 속도(일명 "블리딩")는 전기차(EV)에서 모터 베어링 성능을 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다. 오일 방출은 접촉 영역의 오일 양에 직접적인 영향을 미치며, 오일 필름의 두께와 마찰 토크를 결정합니다. 오일 방출은 일정하지 않으며, 베어링 작동 조건과 증점제의 열화에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

그리스의 오일 블리딩 행동은 그리스가 재분배되고 레이스웨이에 오일을 방출하는 동안의 교반 및 방출 단계가 포함되어 있으며, 이는 오일의 보충을 조절하고 윤활 부족을 방지합니다.

불충분한 오일 방출은 윤활 부족으로 이어져 베어링의 수명과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 반면, 과도한 오일 방출은 그리스의 조기 고갈을 초래하여 수명을 단축시킬 수 있습니다. 따라서 EV 모터 베어링용 그리스를 설계할 때, 오일 방출 속도를 조정하고 최적화하는 것이 장기적인 효율적인 작동을 보장하는 데 핵심입니다.

전기차 윤활유의 미래 방향

전기차 산업의 빠른 발전은 윤활 기술의 지속적인 혁신을 이끌고 있습니다. 전기차에 대한 시장 수요가 증가함에 따라, 그리스 제조업체들은 보다 친환경적이고 효율적이며 비용 효과적인 윤활 솔루션을 개발하는 데 더 큰 도전에 직면하고 있습니다.

폴리우레아와 폴리프로필렌과 같은 대체 증점제의 출현은 그리스 산업에 새로운 희망과 가능성을 제공합니다. 앞으로 그리스 조성과 오일 방출 특성에 대한 심층 연구가 EV 모터 성능을 더욱 향상시켜 EV 산업의 지속 가능한 성장에 기여할 것입니다.

◆ 출처: Springer Nature

◆ 참조: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109777