차시개요

고전압배터리 부분을 집중적으로 다룬다. 시스템 구조 및 작동원리에 대해 알아본다.

상세내용

• 배터리의 구조 및 작동원리
• 배터리 시스템 구성 및 성능
• 배터리 관리 시스템(BMS)

배터리의 구조 및 작동원리

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기존 자동차에서도 발전기 에어컨 등의 장치를 구동하기위해 12v의 저전압 배터리가 사용되었다.(따로 충전 필요 x)

• 직류 300v의 고전압 전기에너지를 공급하기 위해 바닥부분에 다음과 같은 배터리가 탑재됨
• 배터리는 화학적 에너지를 저장 및 변환하여 전기적 에너지로 활용하는 장치
• 전기차배터리는 전기를 화학적 에너지로도 변환 가능한 2차 전지임(에너지 밀도가 높은 리튬-이온배터리가 널리 쓰임)

고전압 배터리의 구조

• 하나의 배터리 셀의 구조

  

  

  • 양극재와 음극재 사이를 이동하는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 만들어짐
  • 리튬이온 양극 → 음극 : 배터리 충전
  • 리튬이온 음극 → 양극 : 외부회로를 통한 전자의 흐름 (전기 발생)

• 양극재

  • 리튬이온의 소스로 배터리의 용량과 전압을 결정하는 중요한 요소
  • 음극제 리튬이온을 저장했다가 전류를 흐르게 하는 역할(용량, 전기파워, 배터리 수명 결정)

• 전해질과 분리막

  

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배터리 시스템 구성 및 성능

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• 배터리의 구성단위

  • 셀, 모듈, 팩

• 셀이란?

  • 전기에너지를 화학적 에너지로 저장후 필요할 때 다시 전기에너지로 변환하는 기본 단위

• 모듈이란?

  

  • 여러개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결
  • 배터리 관리 시스템 포함
  • 더큰 전압과 전력 제공
  • 셀의 고장이나 불균형 관리

• 팩이란?

  • 여러개의 셀 또는 모듈을 조합하거나 추가적인 장치를 부착한 배터리의 최종형태
  • 냉각시스템, 충전기, 보호회로등이 추가될 수 있음

배터리 셀의 형태

• 각형, 원통형, 파우치형으로 나뉨

• 각형 셀

  • 직사각형 모양으로 여러개 쌓을 수 있어서 공간효율성이 높음
  • 금속 하우징에 담겨있어 외부충격에 강하고 열 방출에 효율적(가장 많이 쓰임)

• 원통형 셀

  • 외관이 견고하고 사이즈가 규격화되어 생산비용이 저렴하고 안정적인 수급이 가능
  • 단점 : 공간활용도가 떨어지고 용량이 상대적으로 작아 배터리시스템 구축을 위한 비용 발생

• 파우치형 셀

  

  

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배터리의 주요 성질

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에너지 밀도

• 단위 부피당 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양을 나타낸다. 전기자동차의 주행거리에 직접적인 영향을 미침

안전성

• 배터리가 충격, 진동, 과충전, 과방전, 과열 등의 상황에서 안전을 유지해야함

배터리 사이클

• 배터리 수명 : 유효하게 사용할 수 있는 기간 or 충/방전 사이클 수

가격

배터리가 전기차 생산 원가의 30 ~ 50%를 차지하기 떄문에 자동차 가격과 직결됨 → 효율적인 배터리의 대량생산이 전기차의 가격 인하에 도움 → 전기차 보급률 향상

충/방전 특성

• 효율성 up, 에너지 손실 최소

• 짧은 시간 고속충전 가능해야함

• 배터리 관리 시스템(BMS)

  

  

  • 전류, 전압, 온도 배터리 상태 모니터링 → 내부 알고리즘을 통해 충전상태와 열화정도를 추정한다.
  • 온도 관리와 셀 밸런싱을 통해 충전량 높은 셀의 전류를 방전하거나 충전량이 높은셀에서 낮은셀로 전류를 이동하여 전체적인 셀의 충전상태를 조정한다. </aside>

Summary