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배터리팩 – 해시넷 위키
배터리팩(battery pack)은 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태이다. … 이 플랫폼을 통해 전통적인 방식의 배터리 구조인 ‘셀→모듈→팩’ …
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전기차 배터리 구조 알아보기. 전기차 배터리 = 이차전지. 전기차 배터리를 우리는 이차전지라고 부릅니다. 이차전지는 스마트폰 배터리처럼 외부에서 …
Source: mydailybyte.com
Date Published: 1/18/2022
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- Date Published: 2019. 9. 20.
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배터리팩 이미지
배터리팩(battery pack)은 전기차에 장착되는 배터리 시스템의 최종 형태이다. 배터리 모듈에 BMS(Battery Management System), 냉각시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템을 장착하여 완성된다.
전기차 가동을 위해서는 스마트폰의 수천 배에 달하는 엄청난 양의 전력이 필요하다. 때문에 배터리 셀이 수십 개에서 많게는 수천 개까지 필요하다. 전기차 종류에 따라 구성이 조금씩 차이가 있을 수 있겠지만, 일반적으로 전기차 배터리는 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성된다. 수 많은 배터리 셀을 안전하게 그리고 효율적으로 관리하기 위해 모듈과 팩이라는 형태를 거쳐 전기차에 탑재한다. 셀, 모듈, 팩은 쉽게 배터리를 모으는 단위로 생각하면 된다. 배터리 셀을 여러 개 묶어서 모듈을 만들고, 모듈을 여러 개 묶어서 팩을 만든다. 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 된다.[1]
국내 스마트 배터리팩 제조 전문기업으로 삼성SDI, LG화학, 에너테크인터내셔널 등이 있다.
개요 [ 편집 ]
전기차용 배터리 셀, 모듈, 팩
BMW i3 하부에 탑재된 배터리 팩(모듈 8개, 셀 96개로 구성)
배터리팩은 화학제품인 배터리를 열 및 기계적 충격으로부터 보호하고 제어하기 위해 다수의 배터리를 적층한 후 패키징하여 기계부품화한 것이다.
셀, 모듈, 팩은 쉽게 배터리를 모으는 단위로 생각하면 된다. 배터리 셀을 여러 개 묶어 모듈을 만들고, 모듈을 여러 개 묶어 팩을 만드는 것이다. 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 된다.
삼성SDI의 배터리가 들어간 전기차 BMW I3의 배터리를 예를 들면 i3에는 배터리 셀이 총 96개 탑재된다. 셀 12개로 이뤄진 모듈, 이런 모듈 8개가 묶여 1개의 팩으로 되는 것이다. 재규어 랜드로버의 전기차 아이페이스(I-PACE)에는 LG화학의 배터리가 장착돼 있는데, 12개의 셀로 이루어진 36개의 모듈이 1개의 배터리팩을 만든다.[2]
배터리를 따로 사용하지 않고 팩으로 제작하는 이유 [ 편집 ]
배터리를 팩으로 제작하는 배터리 팩의 경우, 외부의 요인에 의한 위험성, 특정 기기나 환경에 대해 대응할 수 있도록 구성한 장치이다. 배터리를 따로 뽑아두었을 경우 그 배터리는 생각보다 대단히 연약하고 사고 위험과 동작 신뢰성 등에 큰 장애를 초래할 수 있다.
고성능 배터리는 충격이나 환경에 민감하고 문제가 발생할 경우 담을 수 있는 에너지의 크기만큼 큰 에너지를 방출한다. 이런 배터리를 그냥 여러개 줄줄이 연결해서 외부로 노출된 상태로 쓴다면 지속적인 충격과 진동에 의해 연결이 분리되거나 충격, 쇼트라도 발생하는 날에는 화재나 폭발이 일어날 가능성이 있다. 이러한 이유에서 특정 환경에 대응하거나 기능을 발휘해야 하는 특수한 경우에 배터리를 팩으로 제조하는 것이다.
또 다른 이유로는, 배터리 자체가 크기를 무작정 키울 수 있는 물건이 아니기 때문이다. 작은 배터리를 여러 개 묶는 것보다 큰 배터리를 만들고 거기에 팩을 씌우는 것이 공간 효율이 더 좋지 않냐고 반문할 수 있겠으나, 큰 배터리를 만들고 외부 충격에 대한 내구성, 수명, 출력 등등 품질을 보장하는 일은 생각보다 매우 어렵다.
당장 예를 들자면, 가로/세로/높이를 각 2배씩 늘렸을 때의 에너지 저장량은 8배가 된다. 당연히 충/방전 시 열도 그만큼 나게 되는데, 대형 배터리는 부피에 비해 표면적이 작아 열 배출이 훨씬 취약하다! 조금만 흠집이 나도 전체가 모두 타 버릴 수밖에 없는 구조는 덤. 오늘날 대세가 된 리튬이온/리튬폴리머 배터리는 케이스를 찢을 정도의 충격을 받으면 짧은 시간 내에 발화한다. 그냥 화학제품이니까 넓고 크게 만들면 됨에도 불구하고, 굳이 공간 활용이 효율적인 매우 큰 배터리를 만들지 않고 작은 배터리를 다닥다닥 붙이는 것에는 이유가 있는 것이다.
모듈리스 배터리팩 [ 편집 ]
테슬라 배터리 차체 통합기술
테슬라의 유니바디(일체형) 배터리 팩은 배터리 셀과 팩을 일체형으로 하는 새로운 플랫폼의 배터리 팩이다. 자동차 섀시에 비교하면 셀을 적층하고 패키징하던 기존의 배터리팩을 프레임 바디라고 한다면 일체형 배터리 팩은 모노코크 바디로 비교할 수 있다. 이 방식은 ‘모듈리스(Module-less)’라고 불리우며, 모듈의 크기를 최소화하거나 아예 없애 배터리의 팩의 에너지 밀도를 높이고 원가를 낮출 수 있다.
LG화학도 이와 비슷한 방식인 MPI(Module Pack Integrated) 플랫폼을 개발했다. 이 플랫폼을 통해 전통적인 방식의 배터리 구조인 ‘셀→모듈→팩’ 구조를 탈피할 것으로 보인다. 전통적인 플랫폼과 비교하면 MPI 플랫폼은 배터리 셀을 두 배 이상 탑재할 수 있고, 에너지 밀도는10% 증가, 원가는 30% 이상 감량하는 것이 가능하다.
MPI 플랫폼은 중국 CATL이 테슬라 모델3에 적용한 셀투팩(CTP:Cell To Pack)과 비슷한 구조다. 향후엔 모듈을 빼고 전기차 섀시(Chassis)에 직접 배터리를 넣는 방식이 쓰일 계획이다. 이 방식은 업체에 따라 MTB(Module to Body), CTB(Cell to Body), CTV(Cell to Vehicle) 등으로 부른다.[3]
동영상 [ 편집 ]
각주 [ 편집 ]
참고자료 [ 편집 ]
같이 보기 [ 편집 ]
보다 간단하고 가볍게, e Autopos의 배터리팩! – 포스코뉴스룸
자동차 산업에도 친환경 바람이 불고 있다. 다가올 그린모빌리티 시대를 대비해 포스코는 친환경차 통합 브랜드 ‘e Autopos’ 를 선보였다. e Autopos에는 포스코의 어떤 기술력과 솔루션이 숨어 있는지 그 면면의 이야기들을 뉴스룸이 특집 시리즈로 전한다.
드디어 e Autopos 언박싱, 그 세 번째 시간! 첫번째 시간에는 e Autopos 차체와 섀시에 사용된 솔루션에 대해, 두번째 시간에는 구동모터에 쓰인 솔루션에 대해 알아봤다면, 이번 시간에는 e Autopos에 들어간 배터리팩 강재에 대해 알아보려 한다.
배터리팩에 대해 알아보기 전에 우선 전기차 배터리에 대해 알아보겠다. 전기차 배터리의 경우, 일반적으로 셀(Cell), 모듈(Module), 팩(Pack)으로 구성되는 전기차 배터리는 배터리셀을 여러 개 묶어서 모듈을 만들고 모듈을 여러 개 묶어서 팩을 만드는데, 전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 되는 것이다.
그렇다면 이제 본론으로 들어가볼까? 언제나처럼 포장박스에 붙어있는 표의 설명부터 파악해본다. 포스코 친환경차의 배터리팩. 이름하여 PBP-EV(POSCO Battery Pack for Electric Vehicle)!
l e Autopos의 배터리팩, PBP-EV
PBP-EV는 기가스틸과 스테인리스강, 그리고 선재를 사용해 3세대 전기차 스케이트보드 구조에 대응하는 포스코 친환경차 배터리팩이다. 초고강도강을 롤포밍 공법으로 제작하여 충돌 안전 성능이 강화되었다고 하는데… 그 외 또 어떤 특징들이 숨어있는지 조금 더 파헤쳐 볼까?
e Autopos의 배터리팩은 여러 개의 모듈(Module)에 각종 제어 및 보호 시스템을 장착한 부품으로 포스코 고강도 강판과 기가스틸이 적용되었다. ‘기가스틸’은 1mm² 면적당 100kg 이상의 무게를 견딜 수 있는 강판으로 십원짜리 동전만한 크기에 10톤 이상의 무게를 버티는 강판이다. 차량 사고시, 배터리셀의 보호를 위해 기가스틸이 적용되며 배터리팩의 경량화도 가능하여 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있다.
배터리팩에 쓰인 스테인리스강은 자동차의 외부 충격, 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 배터리셀들을 일정 개수로 묶은 모듈의 외곽 프레임 구조에 적용된다. 스테인리스강은 강도가 높고 부식에 강하기 때문에 배터리 충∙방전중 배터리셀의 부풀어오름(Swelling)을 억제하고, 배터리팩 내부 습기에도 녹슬지 않는 장점을 가진다.
여기서 잠깐!
좋은 배터리팩의 조건 •방열 특성(내부에서 발생한 열을 외부로 방출하는 기능) 우수
•사고 시에도 배터리셀을 보호할 수 있는 견고한 케이스
•오랜 주행에도 구조물의 변형이나 변질이 오지 않는 내구성과 내식성 *전기차에는 최종적으로 배터리가 하나의 팩 형태로 들어가게 된다. 외부 충돌 시 화재와 폭발로 이어져 치명적인 사고를 유발함으로 내부 배터리셀을 보호하는 구조로 설계되었다.
l 보다 간단한 구조, 무게는 더 가볍게!
언박싱의 매력은 제품을 보다 낱낱이 들여다 보는 것! 어려운 용어들의 등장으로 머리가 조금씩 아파오지만, 설계 구조에 대해서도 좀 더 자세히 들여다보기로 한다.
기본 구조는 롤포밍 폐단면 프레임 타입으로, 배터리 용량은 60kWh, 배터리팩 총 중량 424kg, 케이스 무게는 73.8kg다. 설계에 있어 가장 주안점을 둔 점은 첫번째, 배터리팩 케이스의 경량화이고, 두번째는 충돌 안전 성능의 극대화다.
먼저, 롤포밍 프레임 구조 팩케이스 설계를 통해 충돌 안전 성능을 강화하고, 배터리셀의 적재공간을 극대화하면서 부품 개수를 최소화해 구현했다. 또한, 배터리 용량 증감에 따라 외곽 프레임 길이를 쉽게 변경가능하도록 설계하여 배터리 용량 변화에 따른 금형 재제작을 최소화했다. 기가급 이상의 철강재 Mart1470, CP1180, 980DP를 적용해 초경량의 무게로 설계되었고, 제작 원가는 동일 용량의 알루미늄 배터리팩 케이스 대비 70% 수준으로 절감 가능하다.
*Mart1470강: 배터리팩의 최외곽 프레임(Frame)에 적용되어 차체 충돌 시 외부 충격이 내부 배터리셀에 전달되지 않도록 최대한 버티는 역할
*CP1180: 배터리팩 내부의 크로스 멤버(Cross Member)에 적용되어 외부 충격에도 배터리셀이 장착된 내부 공간을 유지하는 뼈대 역할
*980DP: 바닥면에 장착되어 전기차 운행시 도로 면에서 튀어 오르는 이 물질이 배터리팩에 충격을 가하며 뚫고 들어오지 않도록 보호
그 외, PBP-EV에는 전력을 충∙방전하는 동안 배터리셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위한 냉각장치가 있고, 기가스틸을 최대한 많이 적용하여 배터리팩을 경량화해 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있다.
조금 어려웠지만, 오늘의 언박싱은 여기까지! 언박싱 3회에 걸쳐 e Autopos의 차체, 섀시, 구동모터, 배터리팩까지 틈틈이 공부해보니 나름 전문가가 된 기분.다음 언박싱 마지막 시간에는 e Autopos에 쓰인 수소연료전지 금속분리판에 대해 알아보겠다. e Autopos의 찐 전문가로 거듭나는 그날까지 조금만 더 파이팅!
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