1. 전기차 배터리의 구성은?
가솔린 차량의 심장이 엔진이라면, 전기차의 심장은 배터리라고 할 수 있습니다.
가. 셀
전기에너지를 충・방전할 수 있는 전지의 기본단위(양・음극 등을 알루미늄 can 및 pouch에 넣은 형태)
배터리라고 하면 보통 배터리 단품 '셀'을 말합니다. 셀은 양극·음극·분리막·전해액 등 배터리의 4대 요소가 들어있는 배터리의 가장 기본적인 단위 입니다.
나. 모듈
셀을 일정한 개수로 묶어 프레임에 넣은 조립체(셀을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호)
여러 개의 셀을 하나로 묶어놓은 것을 '모듈'이라고 합니다. 하나의 셀만으로는 부족할 때 여러 개의 셀을 합쳐 모듈로 만듭니다. 이렇게 적게도 12개에서 많게는 48개 이상까지 셀을 모아 모듈을 제작합니다.
셀의 상태를 모니터링하는 BMS(배터리 관리시스템) 등의 부품도 같이 있으며, 이러한 부품을 통하여 셀의 전류, 전압 등의 정보를 센싱(감지)해 배터리 셀을 관리합니다.
다. 팩
냉각시스템, BMS(Battery Management System) 보호회로 등을 장착
여러 배터리 셀이 들어있는 모듈로 '팩'을 만듭니다.
배터리 팩은 모듈과 마찬가지로 셀의 안정성을 유지해주는 역할을 합니다. 팩에는 셀의 온도나 전압 등을 관리해주는 Master BMS뿐만 아니라 냉각장치 및 각종 제어 시스템 등이 장착됩니다.
정리하면 전기차에는 배터리가 하나의 팩 형태로 탑재되어 있습니다. 팩은 모듈 여러 개를 묶은 것이며, 모듈은 여
러 개의 배터리 셀을 묶은 것입니다. 수백 개의 배터리 셀이 모여 전기차 배터리를 구성합니다.
이렇게 전기차에 들어가는 배터리는 셀·모듈·팩으로 구분됩니다. 사용처에 따라 단위별로 모양을 다양하게 바꿉니다.
2. 배터리 열폭주 현상
리튬이온배터리는 에너지 밀도가 매우 높습니다. 처음에 화재가 발생한 배터리에서 주변 배터리의 온도를 급상승시킵니다. 리튬은 화학적 상태가 매우 불안정해 충격이나 열 등으로 배터리셀의 음극과 양극을 분리하는 분리막이 찢어지면 순식간에 배터리 온도가 치솟습니다. 만약 배터리팩이 손상되면 내부 온도가 순식간에 800도까지 치솟으며 불이 번지는 ‘열폭주’가 발생하게 됩니다.
온도상승이 역학적 과정에 의해 에너지 방출을 증가시키고, 이에 따라 온도상승을 더욱 가속시키는 양성 피드백 현상이 발생합니다.
전기차 배터리 화재의 주요 원인으로 바로 이러한 열폭주 현상이 있습니다. 열폭주 현상은 다양한 원인으로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 열이 발생하는 현상입니다. 과전압, 과방전 등으로 배터리의 내부 온도가 일정 수준 이상 올라가면 화염이 발생하는데 리튬 이온 배터리는 물과 반응성이 높아 화재 때 물로 쉽게 소화하기 어렵습니다.
전기차의 화재가 진화하기 어려운 이유는 열폭주 현상 때문인 것입니다. 전기차에 장착한 배터리는 리튬이온으로 되어있습니다. 전기차 하부의 리튬이온 배터리가 많게는 수천 개까지 겹겹이 쌓여 있게 됩니다.
3. 전기차 배터리 팁
배터리를 사용하다 보면 배터리 셀 별로 전압 차가 발생합니다. 에너지를 많이 사용한 배터리 셀은 충·방전 속도나 용량 등 성능이 떨어지는데, 이 셀 간의 불균형이 배터리 성능 저하로 이어질 수 있습니다.
전기차 배터리는 다른 셀에 전압이 많이 남아있어도 전압이 가장 약한 셀이 방전되면 배터리팩 전체가 방전되는 구조입니다. 따라서 셀 간의 균형이 제대로 맞지 않으면 전기차 주행거리가 줄어들 수밖에 없습니다. 그러므로 전기차를 탈 때에는 급가속이나 급출발, 급정거 등의 운전 습관은 자제하여야 합니다. 그 뿐만 아니라 배터리가 완전히 방전이 된 후 충전하는 것보다 20~30% 정도 남았을 때 충전하는 것이 좋습니다.
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