전기차 충전 : 급속충전 기술과 배터리 수명 저하(열화)

전기차 캐즘을 벗어나야 한다!

이를 위해서 배터리 열화 이해도 제고는 필수

안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 배터리 열화에 관해서 살펴보겠습니다. 
많은 전기차 차주들이 걱정하는 부분은 충전 문제입니다. 전기차 제조업체가 세부 사양 설명에서 급속충전을 자제하라는 권고까지 한다는 것을 보면 차주로서는 우려가 되는 것이 당연합니다.
운송 및 배송 분야에서는 충전 시간이 길어짐에 따라 운송사업자의 수익이 저하되는 결과도 낳을 수 있습니다.
따라서 사업자의 경우 급속충전을 찜찜한 마음으로 사용하는 사람들이 많은데, 이는 급속충전이 배터리 수명을 더 빨리 소모시킬 것이라는 생각 때문입니다.

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급속충전이 배터리에 악영향을 미칠까?

급속충전을 너무 과하게 하면 배터리에 좋지 않은 것은 사실입니다.
DC 급속 충전기(레벨 3)는 AC 충전기(레벨 1 및 2)보다 배터리 성능을 더 빨리 저하시킬 수 있습니다. 배터리를 빠르게 충전한다는 것은 높은 전류가 생성되어 온도가 높아지는 것을 의미하며, 이 두 가지 모두 배터리에 부담을 줍니다.

Geotab 연구 결과

하지만, Geotab의 연구에 따르면, 배터리의 상태(SOH)는 차량이 DC 급속 충전을 사용하는 빈도에 영향을 받습니다. SOH는 배터리의 건강 상태, 즉 열화 정도를 나타내는 지표입니다.
급속충전을 전혀 사용하지 않는 전기차에 비해 급속충전을 주로 사용하는 차량은 약 0.1% 정도의 배터리 성능 저하를 보였습니다. 아래 그래프는 레벨 1 및 레벨 2(AC) 충전기가 배터리 상태에 어떤 영향을 미치는지 비교한 결과입니다.
결과는 레벨 2 충전이 SOH 0.9% 정도로 배터리 열화가 적은 것은 분명하고, 게다가 레벨 1과 레벨 2 충전 모두 DC 충전기를 자주 사용할 때보다 배터리 손상이 적은 것을 확인할 수 있습니다. 그러나 충전 레벨 2와 레벨 3의 차이는 약 0.1%로 그다지 크지 않습니다.

충전 방식에 따른 배터리의 SOH 변화

완속 충전에 따른 배터리 SOH 변화

SOH는 state-of-health의 약어로서 배터리의 건강상태, 즉 열화정도를 나타냄

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INL 연구 결과

이는 다른 연구기관의 결과에서도 마찬가지입니다.
Idaho National Laboratory(INL)의 결과에서도, 레벨 3 충전만 진행했을 경우에도 전기차 배터리 성능이 더 빨리 저하되지만, 그 차이는 크지 않다고 결론지었습니다.
INL은 애리조나 주 피닉스에서 1년 동안 정확히 동일한 조건에서 2012 Nissan Leaf 두 대를 테스트했습니다. 두 대의 EV는 레벨 2 충전기로 충전되었고, 나머지 두 대의 EV는 레벨 3 급속 충전기로 충전했습니다.
네 대 모두 80,000 km 정도를 주행한 후, 레벨 2 충전 차량은 원래 배터리 용량의 약 23%가 손실되었고, 레벨 3 충전 차량은 약 27%가 감소한 결과를 나타냈습니다.
즉 '큰 차이가 없었습니다.'

기준(신규)	레벨 2(1011)	레벨 2(4582)	DCFC(2183)	DCFC(2078)
23.31kWh	23.59kWh	23.38kWh	23.24kWh
10,000마일	21.75kWh	22.3kWh	21.97kWh	21.93kWh
20,000마일	21.53kWh	21.51kWh	21.64kWh	21.07kWh
30,000마일	19.99kWh	20.2kWh	19.42kWh	19.33kWh
40,000마일	18.10kWh	18.34kWh	17.53kWh	17.37kWh
50,000마일	17.51kWh	17.77kWh	16.94kWh	16.92kWh

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배터리 열화를 억제하는 기술이 현재 전기차에 적용되어 있나?

당연히 BMS(배터리 관리 시스템), 전기차 열관리 등 부수적인 기술들이 적용되어 있습니다.
더욱이 DC 충전 시, 동일한 W로 계속 충전하는 것이 아닙니다. 즉, 열화 억제를 위해 DC 충전 프로파일을 적당히 조절합니다.
배터리의 내부 저항은 SOC(충전 상태) 80% 정도부터 급격하게 올라갑니다. 이에 따라 SOC 80%에 도달하면 배터리를 보호하기 위해 충전 속도를 감소시킵니다.

배터리 SOC에 따른 충전 power output

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결론 : 소비자의 배터리 열화 현상 이해도를 높이면 EV 캐즘현상 극복의 단초가 될 수 있다.

급속충전으로 인한 열화(degradation)에 대해 배터리 제조사와 전기차 제조사에서 중요시하기 때문에 DC 충전 프로파일 관리, 열관리, BMS 등의 다른 보완책들이 존재합니다.
다만 소비자에게 이러한 부분이 명확하게 설명되지 않은 것은 전기차 제조사의 홍보/마케팅 부족에 의한 결과로 보입니다. 미래 소비자의 배터리 이해도가 현재보다 올라간다면 전기차를 구매하는 데 있어 심리적 불안감이 낮아지는 것은 자명합니다.
이는 곧 전기차 캐즘에서 빠져나올 수 있는 돌파구 중 하나가 될 것입니다.
결국 배터리 제조사와 전기차 제조사는 연구 및 기술 직무뿐만 아니라 배터리 및 전기차 실 사용자와 face-to-face 업무를 수행하는 마케팅 및 고객센터 등의 직무에서도 배터리 열화(degradation)에 대한 이해를 높일 필요가 있습니다.

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다음 시간에는..

전기차 충전 기술의 어려움에 대해 간략하게 살펴보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.

전기차 충전 : 초고속 충전의 4가지 기술적 장애물

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