전기차 배터리 시스템(E/V battery system )

전기차 배터리 시스템(E/V battery system )

 

배터리 팩(Battery pack)

배터리 관리시스템(BMS)

열관리시스템(Thermal Management)

충전시스템(Charging System)

에너지 회수시스템(Energy Recovery System)

 

전기차의 배터리시스템은 구동을 위해 모터에 에너지를 공급하는 에너지 저장장치이다. 일반적으로 EV 배터리는 리튬이온 전지를 사용하고 있으며, 양극제에 따라 NCM(삼원계), LFP 배터리 등으로 구별할 수 있다.

배터리 셀 형태는 파우치형, 원통형, 각형 셀을 연결하여 모듈로 묶고 팩으로 만들어 사용된다. 전기차의 배터리 장착은 차량 하부 프레임 위에 올려지는 형태로 일반적으로 완성차 메이커에 따라 고유한 플렛폼을 개발하여 적용하고 있다.

전기차 배터리 시스템 구성은 크게 배터리 팩(Battery pack), 배터리 관리시스템(BMS), 열관리시스템(Thermal Management), 충전시스템(Charging System), 에너지 회수시스템(Energy Recovery System) 등으로 이뤄진다.

배터리 시스템의 성능은 차량의 주행 거리, 충전 시간 및 전반적인 효율에 직접적인 영향을 미친다. 배터리 기술의 발전은 에너지 밀도를 높이고, 충전 시간을 줄이며 비용을 낮추게 할 것이다. 또한 배터리 안전성을 높여 베터리 화재를 예방하게 할 것이다.

 

배터리 팩(Battery pack) 

 

배터리 팩은 최소 단위의 배터리 셀(cell), 중간 단위의 모듈(module) 그리고 최종 단위의 배터리 팩(Battery pack)으로 구성된다. EV 배터리는 구동모터에 직류 360V의 고전압 전기에너지를 공급한다. 

전기자동차 배터리 시스템에는 고전압 배터리 팩의 전력을 와전 차단할 수 있는 전기차의 두꺼비집 역활을 하는 파워 릴레이 어쎔블리(PRA; Power Relay Assembly) 있다. PRA는 고전압 배터리 팩과 조인트 박스 사이의 360V의 고전압을 ON / OFF 시키는 역활을 한다. 전기차 화재 발생 시 등 배터리 전력을 완전 차단 시에 유용하다.

 

배터리 셀(cell)
알루미늄 파우치 안에 양극제, 음극제, 분리막 등 소재를 반복적으로 층층이 쌓아 채우고, 전해액을 주입시켜 접착 완성시킨 파우치 모양의 최소단위 배터리를 말한다.

배터리 모듈(module)
배터리 셀에 가해지는 외부 충격, 진동, 열 등의 위험 요소로부터 배터리를 보호하고 안전성을 강화하기 위해 하드 케이스에 다수의 셀이 층층이 담겨져 있는 형태이다.

배터리 팩(pack)
배터리 팩은 알류미늄 등의 금속 케이스에 다수의 모듈을 직열 또는 병열로 연결시켜 장착된 형태로 전기차 프레임 위에 설치되는 배터리 시스템의 최종 형태이다. 팩 내부에는 배터리 모듈 외에도 BMS(배터리관리시스템), 냉각시스템 등이 장착되어 있다.

 

 

배터리 관리시스템(BMS; Battery Management System)

 

BMS(배터리 관리시스템)는 Battery 상태를 모니터링하여 최적의 상태로 유지, 사용할 수 있도록 배터리 모니터링, 셀 관리, 제어하는 시스템이다. 이는 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 센서를 통해 측정하고 미리 파악하여 배터리가 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 제어하며, 배터리 성능과 수명에 직접 관계되는 매우 중요한 시스템이다. 

BMS는 전기차 가격의 약 40~50%를 차지하는 배터리의 수명관리, 성능관리, 안전성관리에 관여하는 매우 중요한 요소이다. 

① 모니터링 : 센서를 통해 전압, 전류, 온도 등을 모니터링, 이를 통해 SoC(충전 상태), SoH(수명)을 예측하게 된다.
 - 고전압/저전압 : 배터리 결함 발생
 - 극 저온 및 고온 : SOC 악영항
② 셀 관리(밸런싱) : 배터리 셀 간의 편차를 줄이는 셀 관리, 즉 셀 밸런싱 역활을 한다.
③ 제어 : 배터리가 과충전, 과방전, 과전류가 발생하지 않도록 제어하는 역활을 한다.

 

 

열관리 시스템(Thermal Management) or 냉각시스템(Cooling System)

전기차 배터리는 사용 중에 열을 발생시키므로 과열을 방지하고 효율성을 유지하려면 열관리 시스템 즉, 냉각 시스템(액체 또는 공기 냉각)이 매우 중요하다. 추운 기후에서는 최적의 배터리 성능을 유지하기 위해 난방 시스템이 운영되기도 한다.

충전 시스템(Charging System)

전기차는 AC(완속) 또는 DC(급속) 충전소를 통해 충전할 수 있다. 일반적으로 완속충전기는 차량 내에 인버터(AC --> DC)를 이용하여 그리드 전력을 DC로 변환 저장시킨다. 반면, 급속충전기는 충전기 내에 인버터를 장착하고 있어 차량 내의 인버터를 우회하여  DC를 배터리로 직접 전달하여 더 빠른 충전을 가능하게 한다.

 

에너지 회수시스템 (Energy Recovery System)

 

에너지 회수시스템(Energy Recovery System)은 회생 제동장치라고도 하며 제동 중에 일반적으로 손실되는 에너지를 회수하여 배터리를 재충전시키는 시스템으로 차량의 주행 거리를 연장시킨다.

 

 

 

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[선진상사 전기차 배터리 해체작업 이미지]

 

전기차 배터리 해체 완료