전기차 배터리 원리 오래 쓰기 위한 관리 꿀팁!

전기차는 이제 우리 생활 속 깊숙이 들어와 있습니다. 국내뿐 아니라 전 세계적으로 불고 있는 전기차 때문에 차는 없지만 차에 관심이 많은 분들도 전기차에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 오늘은 배터리의 원리, 한번 충전해 갈 수 있는 거리, 급속 충전이 배터리 수명에 미치는 영향에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

전기차 배터리 원리 오래 쓰기 위한 관리 꿀팁

전기차 종류

전기차는 기존 내연기관 엔진 대신 배터리를 통해 구동되는 전기 모터로 가는 차를 말합니다. 그런데 전기 모터를 얼마큼이나 사용하냐에 따라 크게 3가지로 나뉩니다.

하이브리드 차(HEV)

먼저 일반적인 내연차의 엔진을 주동력원으로 사용하면서 보조 동력으로 전기 모터를 사용하는 하이브리드 차가 있습니다. 브레이크를 밟거나 내리막길을 내려갈 때 회전하는 엔진의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환해 배터리를 충전하기 때문에 따로 전기차 충전소에서 충전할 필요가 없는 게 특징입니다.

플러그인 하이브리드 카(PHEV)

스마트폰 배터리를 충전하듯 충전기를 꼽아 충전하는 말 그대로 충전기를 없는다는 의미의 플러그인 하이브리드 카는 앞에서의 하이브리드 차와는 반대로 주동력원이 전기 모터이고 보조동력으로 내연차의 엔진을 사용합니다.

전기를 주동력으로 쓰다보니 하이브리드 차보다 훨씬 더 큰 배터리가 필요하기 때문에 크기는 작으면서 용량은 큰 리튬이온 배터리가 주로 쓰이며 일반적으로 하이브리드 차보다 대용량 배터리를 쓰기 때문에 전기 모터를 이용한 주행거리도 늘어나게 됩니다.

배터리 전기차(BEV)

마지막으로 내연차의 엔진 없이 오직 배터리로만 움직이는 진정한 의미의 전기차로 배터리 전기차 (Battery Electric Vehicle)이 있습니다.

전기로만 가기 때문에 자리를 많이 차지하는 큰 엔진이 필요가 없는 것이죠. 즉 그만큼 배터리의 성능이 주행거리 같은 전기차의 성능을 좌우할 만큼 중요하다는 의미입니다.

2차 전지 배터리

한번 쓰고 버리는 건전지 같은 1차 전지와 달리 스마트폰 노트북 전기차처럼 배터리를 다 쓴 후에도 다시 충전해 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라고 하는데요.

전기차 배터리 역시 대표적인 2차전지로서 흔히 양극 음극 분리막 전해질로 이루어져 전기 에너지를 저장 및 공급하는 셀이 전기차 배터리의 가장 작은 단위가 됩니다.

그리고 이 셀들을 몇 개 묶어 만든 모듈이 있고 이 모듈들과 함께 배터리의 전압이나 온도 등을 최적의 상태로 관리하는 배터리 관리 시스템 bms와 배터리 내 열을 방출하는 냉각 장치 등을 합친 배터리 팩이 되는 것입니다.

전기차 배터리 동력 공급 원리

전기차 배터리가 전기차에 어떻게 동력을 공급하는지 대표적인 전기차 배터리 리튬이온 배터리를 예를 들어 설명해 보면 자동차가 움직일 때는 음극에 있던 리튬이온이 양극으로 이동하여 에너지를 방전하고 반대로 배터리를 충전할 때는 양극에 있던 리튬이온이 음극으로 이동함으로써 전화를 축적하여 에너지를 충전합니다.

리튬이온이 이동하는 통로 역할을 해주는 것이 액체 상태의 전해질이고 리튬이온은 이 전해질을 통해 양극과 음극을 오가며 전류를 발생시키는 방식으로 전기차의 동력을 공급하게 됩니다.

그리고 배터리 내 분리막은 양극과 음극이 서로 만나지 않게 막아주는 동시에 리튬이온을 자유롭게 이동하게 해주는데 전해질과 분리막을 열이나 충격에 취약하기 때문에 화재와 같은 위험을 대비해 높은 안정성이 요구됩니다.

일회 충전 시 주행거리

전기차의 가장 궁금한 포인트는 아무래도 한 번 충전하면 얼마나 멀리 오래 갈수 있느냐입니다. 전기차의 성능을 나타내는 주행거리는 배터리의 종류, 용량, 무게 등 다양한 요소의 영향을 받습니다. 기본적으로 배터리 무기는 가벼울수록 에너지의 밀도는 클수록 주행거리는 늘어나는데요.

배터리 종류에 따라 보자면 전기차 배터리에 쓰이는 리튬이온 배터리는 양극재의 종류에 따라 그 종류가 여러 가지로 나누어집니다. 그중에서 가장 많이 쓰이는 배터리가 에너지 밀도가 낮아 주행거리는 짧지만 가격이 저렴한 LFT 배터리( 리튬인산철 배터리)와 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길지만 비싼 NCM배터리 (니켈 코발트 망간)가 있는데요.

이 밖에도 배터리가 어떻게 생겼느냐에 따라서도 배터리 성능이 달라지는데 알루미늄 캔을 사용해 외부 충격에 강한 각형부터 다양한 크기로 만들 수 있는 파우치형, 저렴하고 높은 안정성을 가진 건전지 모양의 원통형까지 있습니다.

그래서 전기차 별로 어떤 종류와 모양의 배터리를 탑재하냐에 따라 주행거리도 천차만별인데 요즘 나오는 전기차들은 모델별로 편차가 크지만 평균적으로 최신 전기차 모델의 급속 충전 기준으로 대략 1시간 이내 완충이 가능하다고 알려져 있으며 주행거리는 대략 400km 정도 달리는 모델들이 많습니다.

그러나 구형 전기차의 배터리 효율 문제로 1시간보다 훨씬 오래 걸리는 경우라던가 겨울철 낮은 온도에 따라 충전 시간이 2시간 이상 등으로 늘어나는 경우도 있는데요.

특히 겨울철에는 배터리 내 전해질이 굳으면서 분자 운동이 느려지는데 충전전 배터리 온도를 올려주는 프리 컨디셔닝 기능을 도입하더라도 너무나도 추운 날씨에는 효과가 떨어지기도 하죠.

전기차 배터리 수명

배터리 수명은 차를 어떻게 몰고 충전을 어떻게 하냐에 따라 달라지는 일반적으로 자동차 제조회사에서는 약 10년의 보증을 가지며 조금씩 쓰며 자주 충전하면 당연히 더 오래 탈 수 있습니다.

이는 우리가 늘 충전기를 찾아 헤매는 스마트폰과 같이 리튬이온 배터리의 경우 정말 방전될수록 음극재의 흡연구조가 무너지면서 배터리 효율이 떨어질 수가 있는 것처럼 전기차 배터리도 같은 원리인 것입니다.

전기차 배터리를 오래 쓸수 있는 방법

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중간에 사고가 없다는 가정하에 최대한 배터리를 오래 쓰고 싶다면 몇 가지 방법이 있는데 전기차의 상대적으로 느린 충전 속도에 적응하지 못하고 일반적으로 급속 충전을 선호하는 경향이 있긴 하지만 완속 충전을 하는 것이 배터리에 더 좋습니다.

리튬이온 배터리의 급속 충전의 경우 전압과 전류가 증가하여 짧은 시간에 더 많은 이온이 이동하게 되고 이는 배터리 내부에서 열 발생을 유발하게 됩니다.

바로 이 열이 배터리 전기 화학적 안정성을 약화시키고 전해질의 열정 안정성이 감소하여 내부 구조의 변화를 초래할 수 있는 것이 한 번에 많은 이온이 이동하게 됨에 따라 이온이 양극과 음극의 표면에 일시적으로 축적되어 리튬이온이 배터리의 음극 내부에 안정한 상태의 리튬으로 축적되지 않아 수명을 단축시킬 수도 있습니다.

악셀을 밟아 가속을 하는 경우에는 배터리의 방전 속도가 높아지면서 급속 충전에 반대 과정처럼 배터리 수명에 좋지 않은 영향을 미치는데요. 여기에 추운 겨울에 배터리가 쉽게 방전이 되지 않게끔 하거나 완충 상태로 오랫동안 주차해 놓는 습관을 피하는 것이 필요합니다.

정리해 보면 배터리를 오래 쓰고 싶다면 한 달에 한 번 정도 완속 충전으로 천천히 완충하는 것을 권장합니다.

전고체 배터리

최근에 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 전고체 배터리가 떠오르며 국내외 글로벌 기업들의 사활을 걸고 개발에 뛰어들고 있는데요. 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에 있던 전해질을 고체로 대체한 배터리를 말합니다.

전고체 배터리는 기존의 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도는 높으면서 뽑히는 작고 충전 속도도 80% 충전에 40분 정도 걸리던 것을 5분 내외로 드라마틱하게 줄일 수 있는 것으로 예상되며 잔뜩 소비자와 기업들의 기대를 부풀게 하는데 폭발 위험도 적어 그야말로 꿈의 배터리라 불리는 전고체 배터리가 상용화에 성공한다면 전기차 수요는 지금보다 더 폭발적으로 증가할 것으로 보입니다.

실제로 액체로 이뤄진 리튬이온 배터리의 전해질이 열이나 충격에 노출되거나 분리막이 손상돼 양극과 음극이 만나는 순간 8백도까지 불길이 치솟는데 이 같은 화재를 예방하기 위해 전기차의 배터리 안전성 시험이 꼭 필요합니다.

전기차 배터리 정리

오늘은 배터리의 원리와 한번 충전시 갈 수 있는 거리, 급속 충전이 배터리 수명 등에 대해서 알려드렸습니다. 아직까지는 충전소 인프라 부족과 비싼 차량가격 등 여러 가지 문제점들이 남아있는 상황입니다. 하지만 앞으로 더욱 많은 사람들이 전기차를 이용하게 될 텐데요, 저렴한 가격으로 이용할 수 있는 날을 기대해 봅니다.

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