전기차 이해를 위한 배터리 상식 1

안녕하세요 

공부하는 웅이입니다.

 

학교에서 2년간 자작차동아리를 하면서, 전기와 차량 이 2가지에 푹 빠져살았었습니다. 한때 HV 전기차 팀장도 했지만, 이제는 다른 공부를 하느라 많이 잊고 지냈는데요. 이번에는 전기차에 대해서, 특히 배터리에 대해 다뤄보고자 합니다.

 

전기차는 우리 생활의 일부가 되어가고 있습니다. 요즘따라 부쩍 길가에 아이오닉5, 테슬로 모델3, 기아 ev6 등 많은 전동차들이 도로에 늘어나기 시작했습니다.  합리적이고, 경제성을 갖추고 있고, 이질적이지 않은 주행감 등 전기차는 고유의 특징 덕분에 많은 이들에게 관심을 끄는데는 성공한 것 같습니다.

기아 EV6 [출처 : 연합뉴스]

이런 전기차는 내연기관 자동차와 많은 부분이 다릅니다. 구동 원리는 물론, 운전하고 관리하는 방법까지 다양한 영역에서 차이를 갖고 있습니다. 전기차에 이제 막 관심을 갖게 되었다면 그 ‘다름’을 이해할 필요가 있습니다. 전기차라고 복잡한 건 없습니다. 특성을 알면 오히려 이해가 쉽습니다. 특히 전기차 내부에 구동의 핵심이 되는 배터리에 대해 알아보고 자합니다. 그리고 무엇보다도, 배터리는 해외에서도 많이 사용되기 때문에 영어로 되어 있습니다. 예를들어, C-rate만 해도, 한국말로는 전혀 감이 오지 않지만, 방전율로서 얼마나 많은 양의 전기를 방출할 수 있는지를 알게 해주는 중요한 평가지표 중 하나입니다. 

 

그럼 포스팅 시작해보도록 하겠습니다.

 

 

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Battery Basics

배터리 기초 상식

Cell, modules, and packs 

– Hybrid and electric vehicles have a high voltage battery
pack that consists of individual modules and cells organized in series and parallel. A cell is
the smallest, packaged form a battery can take and is generally on the order of one to six
volts. A module consists of several cells generally connected in either series or parallel. A
battery pack is then assembled by connecting modules together, again either in series or
parallel.

개별 모듈과 셀로 구성된 팩을 직렬 및 병렬로 구성합니다. 셀은 배터리의 가장 작은 단위입니다
가장 작고, 포장된 형태의 배터리는 일반적으로 셀로서 1~ 6개 또는 그 이상으로 묶여서 모듈을 구성하게 됩니다,
모듈은 일반적으로 직렬 또는 병렬로 연결된 여러 개의 셀로 구성됩니다. 
그런 다음 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 팩을 조립합니다.

[출처 : 삼성 SDI]

Battery Classifications 

– Not all batteries are created equal, even batteries of the same
chemistry. The main trade-off in battery development is between power and energy:
batteries can be either high-power or high-energy, but not both. Often manufacturers will
classify batteries using these categories. Other common classifications are High Durability,
meaning that the chemistry has been modified to provide higher battery life at the expense
of power and energy.

모든 배터리가 동일한 화학성분의 배터리로 만들어지는 것은 아닙니다. 배터리 개발의 주요 단점은 전력과 에너지입니다. 배터리는 고출력 또는 고에너지일 수 있지만 둘 다 아닐 수 있습니다. 종종 제조업체는 이러한 범주를 사용하여 배터리를 분류합니다. 다른 일반적인 분류는 높은 내구성입니다. 즉, 전력과 에너지를 소비하면서 더 높은 배터리 수명을 제공하도록 화학 물질이 수정되었다는 의미입니다.

원통형 리튬 이온 배터리

폴리머 리튬 이온 배터리

C- and E- rates

– In describing batteries, discharge current is often expressed as a C-rate
in order to normalize against battery capacity, which is often very different between
batteries. A C-rate is a measure of the rate at which a battery is discharged relative to its
maximum capacity. A 1C rate means that the discharge current will discharge the entire
battery in 1 hour. For a battery with a capacity of 100 Amp-hrs, this equates to a discharge
current of 100 Amps. A 5C rate for this battery would be 500 Amps, and a C/2 rate would
be 50 Amps. Similarly, an E-rate describes the discharge power. A 1E rate is the discharge
power to discharge the entire battery in 1 hour.

– 배터리를 설명할 때 방전 전류는 배터리 용량에 대해 정상화하기 위해 C-레이트로 표현되는 경우가 많으며, 이는 배터리마다 매우 다릅니다. C-레이트는 최대 용량에 비례하여 배터리가 방전되는 속도를 측정한 것입니다. 1C 속도는 방전 전류가 1시간 내에 배터리 전체를 방전시킨다는 것을 의미합니다. 용량이 100Amp-hr인 배터리의 경우 방전 전류는 100Amp입니다. 이 배터리의 5C 속도는 500A이고 C/2 속도는 50A입니다. 마찬가지로, E-레이트는 방전 전력을 나타냅니다. 1E 속도는 전체 배터리를 1시간 안에 방전시키는 방전 전력입니다.

 

출처 : https://m.blog.naver.com/droneinfo/220948459856

Secondary and Primary Cells

 – Although it may not sound like it, batteries for hybrid,plug-n, and electric vehicles are all secondary batteries. A primary battery is one that cannot be recharged. A secondary battery is one that is rechargeable.

그렇게 들리지는 않지만 하이브리드, 플러그 앤 및 전기 자동차용 배터리는 모두 보조 배터리입니다. 기본 배터리는 재충전할 수 없는 배터리입니다. 보조 배터리는 충전 가능한 배터리입니다.

 

 

Battery Condition

This section describes some of the variables used to describe the present condition of a battery.

이 섹션에서는 배터리의 현재 상태를 설명하는 데 사용되는 몇 가지 변수에 대해 설명합니다.

State of Charge (SOC)(%)

An expression of the present battery capacity as a percentage of maximum capacity. SOC is generally calculated using current integration to determine the change in battery capacity over time.

현재 배터리 용량을 최대 용량의 백분율로 나타낸 표현입니다. SOC는 일반적으로 시간에 따른 배터리 용량의 변화를 결정하기 위해 현재 통합을 사용하여 계산됩니다.

 

 

Depth of Discharge (DOD) (%) 

The percentage of battery capacity that has been discharged expressed as a percentage of maximum capacity. A discharge to at least 80 %DOD is referred to as a deep discharge.

방전된 배터리 용량의 백분율은 최대 용량의 백분율로 표시됩니다. 최소 80%DOD까지의 방전을 심층 방전으로 부릅니다.

 

Terminal Voltage (V) 

The voltage between the battery terminals with load applied.
Terminal voltage varies with SOC and discharge/charge current.

부하가 걸린 배터리 단자 사이의 전압입니다.
단자 전압은 SOC 및 방전/충전 전류에 따라 다릅니다.

 

 

Open-circuit voltage (V)

The voltage between the battery terminals with no load applied. The open-circuit voltage depends on the battery state of charge, increasing with state of charge.

부하가 걸리지 않는 배터리 단자 사이의 전압입니다. 개방 회로 전압은 배터리 충전 상태에 따라 달라지며 충전 상태에 따라 증가합니다.

 

 

Internal Resistance

The resistance within the battery, generally different for charging and discharging, also dependent on the battery state of charge. As internal resistance increases, the battery efficiency decreases and thermal stability is reduced as more of the charging energy is converted into heat.

 

배터리 내 저항은 일반적으로 충전 및 방전 시 다르며 배터리 충전 상태에 따라 다릅니다. 내부 저항이 증가하면 충전 에너지가 열로 변환될수록 배터리 효율이 떨어지고 열 안정성이 저하됩니다.

 

https://www.scienceall.com/%EB%82%B4%EB%B6%80-%EC%A0%80%ED%95%ADinternal-resistance/

 

이상입니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

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