1. 배터리 화학의 기초
배터리는 전기화학반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치입니다. 양극과 음극의 두 전극과 그들 사이의 이온 흐름을 촉진하는 전해질로 구성되어 있습니다. 배터리가 전기 회로에 연결되면 배터리 내 화학반응 때문에 전자 흐름이 발생하며, 이를 장치에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있습니다. 배터리는 양극과 음극에 이온을 저장하여 에너지를 저장합니다. 배터리가 충전되면 음극에서 양극으로 이온이 흘러 배터리 전극 물질에 저장됩니다. 배터리가 방전되면 전자 흐름이 반전되고 이온이 양극에서 음극으로 흐르며 외부 회로에서 전자의 흐름이 발생합니다. 배터리 용량은 양극과 음극에 저장할 수 있는 이온의 양에 따라 결정됩니다. 배터리는 이온을 많이 저장할수록 용량이 커지고 장치에 전력을 공급하는 시간이 길어집니다. 배터리의 에너지 밀도 또는 단위 부피당 또는 중량당 에너지양도 배터리 용량에 영향을 미칩니다. 배터리의 화학적 성질은 전극이나 전해질에 사용되는 재료에 따라 다를 수 있습니다. 전기차에 쓰이는 배터리 중 가장 일반적인 유형은 리튬이온 배터리로 리튬 기반 전해질과 흑연, 코발트 산화 리튬 등의 물질로 만들어진 전극을 사용합니다. 니켈·금속 수소화물이나 납축전지 등의 다른 타입의 축전지도 일부 EV에서 사용되고 있습니다.
출처: LG에너지솔루션 홈페이지
2. 전기 자동차에 사용되는 배터리 종류
전기 자동차(EV)는 전기 모터에 전력을 저장하고 공급하기 위해 배터리에 의존하고 있습니다. EV에서 사용되는 배터리 종류는 기술의 진보로 성능이 향상되고 비용이 절감되는 등 오랜 세월 진화해 왔습니다. 납축 배터리는 EV에서 사용되던 가장 초기 유형의 배터리 중 일부였지만 대부분 고도의 배터리 기술로 대체되고 있습니다. 납축 배터리는 무겁고 에너지 밀도가 낮아 극단적인 온도에서는 고장 나기 쉬웠습니다. 니켈 수소 배터리(NiMH)는 1990년대 후반부터 2000년대 초에 걸쳐 EV에게 인기 있는 선택지였습니다. 납축배터리보다 에너지 밀도가 높지만, 여전히 상대적으로 무겁고 수명이 제한적이었습니다. 현재 EV에서 가장 일반적으로 사용되는 배터리는 리튬이온(Li-ion) 배터리입니다. 리튬이온 배터리는 납축 배터리나 니켈 수소 배터리(NiMH)에 비해 에너지 밀도가 훨씬 높고, 보다 효율적이며 EV에 보다 많은 용량을 제공할 수 있습니다. 또한 더 가볍고 수명도 깁니다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극 사이의 화학반응으로 에너지를 저장하여 작동합니다. 배터리가 충전되면 리튬이온이 양극(카소우드)에서 음극(아노드)으로 이동하면서 에너지를 저장합니다. 배터리가 방전되면 리튬 이온은 음극으로 돌아와 전기 모터에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 에너지를 방출합니다. 리튬 이온 배터리 외에 EV에서의 사용을 위해 다른 선진적인 배터리 기술이 개발되고 있습니다. 예를 들어 고체 배터리는 리튬이온 배터리에서 볼 수 있는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용합니다. 이를 통해 현재 배터리 기술보다 안전하고 효율적이며 장시간 지속할 수 있습니다.
3. 리튬이온 배터리
리튬이온 배터리는 현재 전기 자동차(EV)에서 사용되는 가장 일반적인 유형의 배터리입니다. 가볍고 에너지 밀도가 높아 EV 전력 공급에 매우 적합합니다. 리튬이온 배터리는 화학반응을 이용하여 전해질을 통해 양극에서 음극으로 전자를 이동시킵니다. 배터리가 충전되면 리튬이온이 음극에서 강제로 나와 양극으로 들어가 에너지를 저장합니다. 배터리가 방전되면 리튬이온이 음극으로 돌아와 에너지를 방출합니다. 리튬이온 배터리의 기본 구조는 음극, 양극 및 전해질을 포함합니다. 음극은 전형적으로 코발트산화리튬이나 인산철 리튬으로 이루어져 있고 양극은 흑연으로 되어 있다. 전해질은 리튬이온이 음극과 양극 사이를 왕복할 수 있도록 액체 또는 겔 형태의 물질입니다. 리튬이온 배터리의 장점 중 하나는 에너지 밀도가 높아 비교적 좁은 공간에 많은 에너지를 저장할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 EV는 1회 충전으로 더 긴 주행거리를 가질 수 있고 또 급속 충전과 방전을 할 수 있다는 점에서 EV에서의 사용에 이상적입니다. 그러나 리튬이온 배터리에는 몇 가지 단점도 있는데 제조 비용이 비싸고 파손 또는 과충전의 경우 화재 위험이 있습니다. 또한, 수명도 한정되어 있어 시간이 지남에 따라 에너지 저장 능력이 저하될 수 있습니다.
4. 배터리 관리 시스템
배터리관리시스템(BMS)은 전기차(EV) 배터리의 안전성과 수명을 보장하는 중요한 구성요소입니다. 배터리의 충전 및 방전을 감시·규제하여 과충전·과방전에 의한 손상으로부터 보호하는 역할을 합니다. BMS는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 배터리의 충전 상태, 온도 및 전압 레벨을 지속해서 감시하는 데 배터리가 안전한 한도 범위 내에서 작동하도록 충전 및 방전 프로세스를 제어하는 데 사용됩니다. 또한, 배터리의 균형을 유지하여 모든 개별 셀이 고르게 충전 및 방전되도록 합니다. 이렇게 하면 일부 셀이 과충전 되거나 과방전 되어 배터리가 손상되고 전체 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있습니다. BMS는 감시 및 제어 기능 외에도 EV의 드라이버 또는 소유자에게도 정보를 제공합니다. 여기에는 배터리의 현재 충전 상태, 추정 범위 및 배터리 잔량에 대한 데이터가 포함됩니다. 차량 브레이크에서 에너지를 포착하여 배터리를 재충전하는 데 사용하는 회생 제동과 같은 기능도 포함됩니다.
5. 전기 자동차 배터리의 충전방식
전기자동차(EV) 소유의 가장 중요한 측면 중 하나는 배터리 충전 방법을 아는 것입니다. EV 배터리는 다양한 방법으로 충전되며 충전 시간과 전력 레벨이 다를 수 있습니다.
EV 배터리의 세 가지 주요 충전 방법인 레벨1, 레벨 2 및 DC 고속 충전에 대해 살펴봅니다.
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레벨 1 충전은 표준 120V 가정용 콘센트를 사용하는 가장 느린 충전 방법입니다. 대부분 EV에는 레벨 1 충전기가 포함되어 있어 어떤 표준 콘센트에도 직접 연결할 수 있습니다. 이 방법은 보통 시간당 2~5마일 범위의 충전율을 제공하며 야간 충전에 적합합니다. 레벨 1 충전은 콘센트가 있으면 어디서나 할 수 있어 편리하지만, 일반적인 일상 주행에 충분한 범위를 제공하기에는 너무 늦어 일상적인 사용에는 추천하지 않습니다.
레벨 2 충전은 레벨 1 충전보다 빠르며 주거용 차고, 상업용 주차장, 공공 충전소에서 흔히 볼 수 있는 240V의 전원 공급 장치가 필요합니다. 레벨 2 충전기는 표준화된 커넥터를 사용해 시간당 최대 25마일의 충전 속도를 제공할 수 있어 일상적인 운전에 충분합니다. 레벨 2 충전기는 가정이나 직장에 설치할 수 있으며 일상적으로 레벨 1 충전기보다 비쌉니다.
DC 고속충전은 가장 빠른 충전 방법으로 일반적으로 고속도로와 주요 이동 경로를 따라 공공 충전소에서 볼 수 있습니다. 20~30분 만에 최대 80%의 충전율을 제공할 수 있는 고출력 DC 충전기를 사용해 장거리 여행에 최적의 옵션입니다. 그러나 DC 고속충전은 다른 충전 방법보다 배터리를 더 빠르게 소모할 수 있으므로 자주 사용하는 경우에는 권장하지 않습니다. EV 배터리는 최대 충전율이 있고 차량 모델과 배터리 종류에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 사용 중인 EV 배터리의 적절한 충전 방법과 요금에 대해서는 취급 설명서 또는 제조업체의 권장 사항을 확인하는 것이 중요합니다.
