안녕하세요 카박사입니다!!
차량을 소유하신 분들이라면
배터리 교환에 대해 한 번 쯤 고민해보신 적이 있을텐데요.
내연기관차에도 12V 납축 배터리가 있고
전기차에도 고전압배터리 등 다양한 전지가 적용되지만
정확히 그 차이와 용도가 무엇인지,
각 배터리의 특징이 무엇인지 잘 모르시는 분들이 많을겁니다.
오늘은 전기차에 사용되는 배터리에 대해
알아보도록 하겠습니다.
👉 목차 👈
전기차엔 필수, '고전압 배터리'
전기차에 필수적인 배터리는 바로 고전압 배터리입니다.
수 백 볼트의 전력을 만들어 모터를 구동시킬 수 있고 주행거리에도 지대한 영향을 미치기 때문에
단순히 크기만 클 뿐만 아니라 제일 중요하고, 종류도 다양합니다.
☝️ 리튬 이온 배터리 (Lithium-ion)
가장 많이 들어보셨을 이름, 리튬이온 배터리는 전기차에 가장 보편적으로 사용되는 배터리입니다.
테슬라, 현대차, 기아 등 대부분의 브랜드가이 배터리를 사용하고 있죠.
- 장점 : 에너지 밀도가 높아 오래 달릴 수 있습니다.
- 단점 : 온도변화에 민감하고, 화재 위험이 있습니다.
- 특징 : 초기 테슬라는 노트북용 18650 셀 7000개 이상을 묶어 사용한 적이 있습니다. 노트북이나 전동공구에 많이 쓰여 기술안정성도 확보되어 있었고, 대량 생산라인이 있어 초기투자금이 불필요했다는 장점이 있었기 때문이죠.
이후 소개드릴 LFP 배터리와 NCM 배터리가 바로 리튬이온 배터리의 한 종류입니다.
✌️리튬인산철 배터리(LFP, LiFePO4, Lithium Iron Phosphate)
최근 인기를 끌고 있는 전기차 배터리인데요, 테슬라 중국 생산 모델과, BYD 등 중국 브랜드 차량에 주로 사용됩니다.
- 장점 : 안전성이 높고, 수명이 깁니다.
- 단점 : 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 비교적 짧습니다.
- 특징 : 추운 날씨에는 성능이 급감해, 겨울엔 히트펌프와 연결해 효율을 증대시킬 수 있죠.
👌 NCM 배터리 (니켈-코발트-망간)
표현순서에 따라 NMC 배터리라고도 불리는데,
에너지 밀도와 출력 모두 우수한 배터리입니다.
현대차의 E-GMP 플랫폼이 이 배터리를 채택하고 있죠.
- 장점 : 고속 주행과 급가속에도 효율적입니다.
- 단점 : 코발트가 비용이 비싸고 윤리적 문제도 엮여있죠.
- 특징 : 코발트 함량이 낮은 NCM 배터리도 있는데, 이는 효율보다는 가격 절감을 위해서죠.
<NCM 배터리의 윤리적 문제>
1. 세계 코발트 생산의 60% 이상이 콩고민주공화국인데, 채굴 환경이 매우 열악하고 관리가 되지 않고 있다고 합니다.
2. 또한 일부 지역에서는 불법 광산에서 아이들이 직접 손으로 코발트를 채굴하고 있어 국제사회에서 명백한 인권침해로 큰 비판을 받고 있습니다.
3. 코발트 채굴 과정에는 지하수, 토양오염 및 지역주민의 건강문제도 보고되고 있습니다.
🖖NCA 배터리 (니켈-코발트-알루미늄)
주로 테슬라가 이 배터리를 많이 쓰는데요,
NCA 배터리는 니켈, 코발트, 알루미늄이 들어간 리튬이온 배터리입니다.
정확히는 리튬 니켈 코발트 알루미늄산화물(LiNiCoAlO₂)로 양극재를 구성하죠.
- 장점 : 고속 주행과 급가속에 효율적이고, 에너지 밀도가 최고 수준입니다.
- 단점 : 비싸고 열안정성이 낮으며, 재활용이 까다롭습니다.
- 특징 : 테슬라가 주로 쓰는 이유는 바로 주행거리 때문인데요, 중국에 판매하는 모델3 RWD 모델에는 LFP로 전환해 비용을 낮추기도 했죠.
🖐️ 전고체 배터리 (Solid-State)
아직 상용화된 모델은 없지만,
차세대 배터리로 불릴 만큼 미래가 촉망되는 전기차 배터리입니다.
- 장점 : 말그대로 전해질이 '고체'로 이루어져 폭발 위험이 거의 없고, 에너지 밀도가 비교도 안될만큼 높습니다.
- 단점 : 기술 난이도와 생산 단가가 높아 이를 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
- 특징 : 도요타, BMW, 현대 등 여러 회사가 2030년 상용화를 목표로 개발중입니다. 중국 전기차 브랜드 BYD는 2027년을 목표로 개발중이라고 하는데 사실일지는 조금 더 지켜봐야 할 듯 합니다.
<전고체 배터리의 특징>
1. 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 연소 성분이 거의 없고, 화학적으로 안정적이라 전기차 화재위험을 획기적으로 줄일 수 있습니다.
2. 고체 전해질은 리튬 금속 음극과 결합하 수 있는데, 기존 흑연 음극보다 훨씬 많은 에너지를 저장할 수 있어 이는 주행거리의 대폭확대로 연결되죠.
3. 고체 전해질은 전해질 분해나 리튬 도금 문제거 덜하기 때문에 더 오래 쓰고, 더 빠르게 충전할 수 있으며, 고속 충전 시의 발열 문제도 감소시킬 수 있습니다.
4. 전고체 배터리는 셀을 더 얇고 빽빽하고 설계가 가능해 차량 내부 공간 활용도도 좋아지고, 차량의 중량 및 구조 효율 측면에도 훨씬 유리합니다.
12V 배터리가 뭐야?
12V 배터리는 전기차의 모터를 구동시키기 위한 것이 아니라,
와이퍼, 전조등, 윈도우 등 저전력 전기장치를 구동하기 위한 배터리입니다.
말 그대로 12V인 보조배터리인데요,
자동차에서 아주 오랫동안 쓰여온 표준 전압이고,
전기차든 내연기관차든 각종 전자장비를 구동하는데 필수적인 부품입니다.
보통 6개의 셀(각 셀당 2v)을 직렬로 연결해 총 12V를 만들며,
12V 납축배터리나 리튬보조배터리가 적용되는데
최근에는 리튬 12V 보조배터리가 많이 사용되어 수명과 안정성이 높아지고 있습니다.
기능은 크게 다음과 같습니다.
☝️ 전자 장비 전원 공급
라이트, 와이퍼, 오디오, 전자제어유닛, 계기판, 도어 등
수많은 자동차의 전자장비들을 12V 배터리로 작동시킵니다.
✌️시동 보조 기능
내연기관 차량에서는 엔진 스타터 모터에 전력을 공급해
시동을 걸어주는 역할도 하죠.
👌전기차에서도 필수품
'전기차는 원래 배터리가 있으니까 필요없지 않나?'
라는 생각을 하실 수 있는데,
전기차의 모터를 구동할 때 쓰이는 배터리는
매우 높은 고전압 배터리(300~800V)이기 때문에
이 배터리로 전자장비를 작동시켰다간,
초등학교 때 했던 전구 작동실험처럼 전구가 터져버릴 수 있어
반드시 저전압(12V)으로 작동시켜야 합니다.
🖖 분리 구조 및 상시 전원 가능
고전압 배터리와는 분리된 구조로 상시 작동이 가능하기 때문에
차량이 꺼져있더라도 문을 열거나 원격시동을 켜는 등
기본적인 동작이 가능하게 해줍니다.
(고전압 배터리는 EV ON 상태에서만 작동하죠)
※ 자동차 배터리는 교체 시기가 되면
겨울철에 시동이 잘 걸리거나, 특히 요즘 차량에서는 ISG(Idel Stop&Go) 기능이 잘 작동하지 않는 경우가 있는데,
이 현상들이 모두 12V 배터리 떄문이라고 볼 수 있습니다.
각 브랜드는 어떤 배터리를 쓰고 있을까?
각 브랜드에서 주로 사용하는 배터리가 다르기도 하지만
같은 브랜드에서도 차종에 따라 배터리 종류가 완전히 다릅니다.
마무리하며..
전기차 배터리는 이제 단순한 전원공급 장치를 넘어
성능, 주행거리, 차량무게, 주행안정성, 가격을 좌우하는 핵심 부품입니다.
그래서 어떤 배터리를 쓰느냐에 따라 같은 모델이더라도
완전히 다른 느낌의 차량이 되기도 하죠.
전기차 시대가 본격화되면서 이제 전기차 배터리라는 키워드를 더 자주 접하게 될텐데요.
오늘 알려드린 배터리의 특징을 이해하고 있다면
주변분들과 얘기를 나눌 때 더욱 똑똑한 차잘알이 될 수 있을 겁니다 ㅎㅎ
지금까지 전기차에 적용되는 배터리에 대해 알아보았습니다.
궁금하신 사항 있으면
댓글 남겨주시기 바랍니다!!
감사합니다.
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