전기차 배터리는 어떤 역할을 할까요?
배터리는 ‘화학 에너지를 저장했다가 필요할 때 전기 에너지로 변환하여 공급하는 장치’ 를 의미해요. 사실 배터리가 작동하는 원리에 대해 굳이 알고 있을 필요는 없습니다. 너무 복잡하거든요. 그래서 단순하게 우리 모두가 알고 있는 것처럼 ‘전기를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있는 장치’ 라고 생각하면 편해요. 오늘 이야기할 건 전기차에 주료 사용되는 배터리 중 NCM(니켈 코발트 망간) 배터리 그리고 LFP(리튬인산철) 배터리의 관리 방법이에요. 전기차 배터리는 수 천만 원 정도로 매우 비싼 부품이기 때문에 충전 습관과 사용 환경에 따라 노화되는 속도가 달라져요. 마치 엔진을 관리해주듯 말이에요.
전기차 배터리, 왜 관리해야 할까요?
배터리는 충전과 방전을 반복하면서, 또 시간이 지나면서 조금씩 성능이 떨어져요. 이를 배터리 열화라고 합니다. 처음 신품이었을 때 100 정도의 전기를 저장할 수 있었다면 열화가 일어날수록 95 90 이렇게 저장할 수 있는 전기의 양이 줄어들어요. 전기차에게 있어 배터리 열화는 곧 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리의 감소로 이어지죠. 이 문제가 계속 이어진다면 운전자는 충전을 더욱 자주 해줘야 하며 배터리 열화가 처음 성능 대비 70% 이하로 떨어진다면 더 이상 제 성능을 내지 못해 교체해야 하는 상황까지 벌어질 수 있어요. 그리고 배터리 열화는 다음과 같은 상황에서 크게 일어나요.
잦은 급가속
배터리 충전 상태를 100%로 오랜 기간 방치
배터리 충전 상태를 10% 이하로 오랜 기간 방치
40도 넘는 고온 환경에 차량을 오랜 시간 방치
특히, 배터리 열화는 현재로서 수리를 통해 초기 상태로 되돌릴 수 있는 방법이 없고 신품으로 교체하는 방법 밖에 없어 잘 관리해주는 것이 좋아요. 단, 배터리의 열화가 굉장히 빠르다고 오해할 수 있는데요. 통상적인 배터리는 1500~2000 사이클 정도를 사용할 수 있다고 해요. 1 사이클 이란 배터리를 0%에서 100%까지 충전하는 걸 ‘1 사이클’ 이라고 합니다. 또한, 배터리를 50%까지 사용한 후 100%까지 충전하면 0.5 사이클이 올라가요. 현재 롱레인지 전기차가 평균적으로 배터리를 100% 사용해서 약 500km 주행할 수 있다고 가정하면 2000 사이클은 단순 계산으로 100만km 정도 주행이 가능하며 사용하면서 배터리 열화가 진행되는 것까지 감안하더라도 60~80만km는 충분히 주행이 가능해요. 실제로 2020년대 초반 출고된 전기차가 58만km까지 주행하고 나서도 배터리 수명이 87% 남았던 경우도 있어요. 그러나 이건 관리를 잘 해주었을 때이고 극단적인 경우에는 배터리 열화가 커 수명을 크게 단축시킬 수 있어요. 그래서 관리가 중요해요. 내연기관 자동차의 엔진을 관리해주는 것처럼요.
많은 분들이 오해하는 부분도 있어요. 일반적으로 전기차를 충전할 때 급속 충전기는 피해야 하고 완속 충전기를 사용하는 것이 배터리 관리에 더욱 좋다는 이야기가 있어요. 이건 반은 맞고 반은 틀린 이야기에요. 미국 Recurrent가 테슬라 차량을 대상으로 조사한 결과에서는 급속 충전을 자주 사용한 차량과 그렇지 않은 차량 사이에서 배터리 열화에 뚜렷한 차이가 확인되지 않았어요. 최근 전기차는 배터리 온도와 충전 속도를 BMS가 적극적으로 관리하기 때문에 급속 충전을 몇 번 사용한다고 해서 배터리 수명이 급격하게 줄어드는 것은 아니라는 의미예요. 다만 높은 출력의 급속 충전을 자주 반복하면 배터리 열화에 영향을 줄 수 있어요. 가능하다면 평소에는 완속 충전을 이용하고, 급속 충전은 필요한 상황에서 활용하는 정도로 관리하는 것이 가장 현실적인 방법이에요.
NCM 배터리의 특징은?
NCM 배터리의 가장 큰 장점은 같은 무게와 부피에 더 많은 에너지를 담기 좋다는 거예요. 배터리의 단위는 kWh를 사용하는데요. NCM 배터리 1kWh의 대략적인 무게는 약 4.6kg 정도이고 LFP 배터리는 6.2kg 정도 돼요. 1kWh에서는 별로 차이 나지 않지만 평균적으로 롱레인지 배터리가 80kWh 정도 되는 걸 생각해 보면 NCM 배터리의 무게는 368kg LFP 배터리의 무게는 496kg으로 무려 130kg 정도 차이나는 거죠. 자동차에게 있어 가벼운 무게는 연비 향상, 제동력 향상, 가속력 향상, 부품 내구성 향상 등 여러 방면에서 이점이 많아요. 특히나 NCM 배터리는 높은 전압을 가지고 있어요. 배터리의 기본 단위인 셀 당 전압이 보통 3.7V까지 올라가고 완전 충전시 4.2V까지 올라가요. 또한 NCM 배터리 특성 중 하나로 높은 출력을 내기에도 좋으며 빠른 충전을 할 수 있는 것도 장점이죠.
장점만 가진 건 아니에요. 빠른 반응성을 가지고 있어 열관리를 잘 해줘야 해요. 또한 LFP 배터리 대비 충방전 수명이 다소 빠르게 떨어진다는 아쉬운 점을 가지고 있는 편이죠.
가벼운 무게
고성능 모터 활용 및 초급속 충전 용이
세심한 열관리 필요
NCM 배터리 관리법은?
1달에 한 번 정도 셀 밸런싱을 위해 100% 충전하고 일상 주행시에는 제조사 권장량 만큼 충전(일반적인 제조사에서는 보통 80% 충전 권장)
100% 충전된 상태, 10% 미만인 상태로 장시간 방치하지 않기
너무 낮은 온도 및 높은 온도에 장시간 방치하지 않기
NCM 배터리의 경우 에너지 저장량에 따라 전압이 달라지기 때문에 남은 저장량을 LFP 보다 정확하게 알 수 있어 자주 100% 충전을 해주지 않아도 돼요. 또한 많은 분들이 오해하시는 건 100% 배터리 충전이 수명을 깎는 행위라고 생각하시는 거예요. 100%를 충전하는 것 자체에는 배터리에 큰 무리가 되지 않아요. 장거리 주행을 해야할 때는 100% 채우는 것이 맞아요. 다만, 배터리를 100% 충전 상태 10% 미만인 상태로 오랜 시간 방치하는 것이 좋지 않기 때문에 출발하기 전에 완전 충전되도록 충전설정을 조절하고 배터리가 바닥까지 떨어지는 경우는 가급적 피하는 게 좋아요.
LFP 배터리의 특징은?
LFP는 양극에 니켈과 코발트 같이 비싼 물질을 사용하지 않기 때문에 가격 경쟁력을 확보하기 좋고, 열적 안정성과 반복 충방전 수명에 강점이 있어요. 실제로 LFP 배터리 1kWh를 제작 단가는 약 81달러 수준이며 130달러 정도인 NCM 대비 절반 수준의 저렴한 가격을 가지고 있죠. 그래서 저렴한 전기차를 양산하는데 꼭 필요해요. 또한, 열적 안정성이 확보되어 배터리 수명이 길다는 장점이 있어요.
아쉬운 점으로는 고성능 모터 사용 및 초급속 충전이 어렵다는 점이 있어요. 국내 NCM배터리는 실제 급속 충전 시 250kW까지 속도가 나오지만 LFP 배터리는 100~150kW 정도 밖에 나오지 않아 충전 속도가 다소 느릴 수 있어요.
저렴한 가격
열적 안정성으로 긴 수명과 잦은 충방전에 강함
저온 상태에서 사용성 저하
LFP 배터리 관리법은?
셀 밸런싱을 위한 일주일에 한 번 정도 100% 충전
NCM 배터리와 마찬가지로 100%, 10% 상태로 방치하지 않기
“LFP 배터리는 무조건 100% 충전해야 돼” 라는 말을 들어보셨을 텐데 이건 반은 맞고 반은 틀린 말이에요. LFP 배터리를 100% 충전해줘야 되는 이유는 전압변화량이 적어 배터리 잔량을 측정하기 힘들다는 거에요. 그래서 100%까지 충전해 배터리 잔량을 다시 한 번 정확하게 측정하는 거죠. 추가로 저온에서 배터리 성능이 떨어지기 때문에 배터리의 일정한 온도 유지를 위해 전력을 더 사용해야 해요. 또한, NCM 배터리에서도 이야기했지만 100% 충전 권장이지 100% 충전 후 ‘방치’가 아니에요. 그래서 100% 충전은 꼭 출발하기 전에 하시는 게 좋아요.
중고 전기차를 살 때는 무엇을 확인해야 할까요?
중고 전기차는 주행거리와 배터리 종류만 보고 고르기보다 현재 배터리 상태와 정비 이력을 확인하는 게 중요합니다.
중고 전기차를 구매할 때에 반드시 확인해야 하는 것이 모두 적힌 이미지에요.
배터리 성능 : 처음 100% 대비 충전 가능한 용량
셀 밸런스 : 셀 간 전압 편차가 크게 생기면 배터리 교체 필요(0에 가까울 수록 양호)
배터리 제원 정보 : 배터리 종류, 용량 등 배터리 필수 정보
전기차 배터리는 엔진과 마찬가지로 이전 차주가 어떻게 관리했냐에 따라서 성능에 편차가 있어요. 배터리 성능이 90%까지만 떨어져도 주행거리가 10% 감소할 수 있고 성능이 너무 떨어지면 최악의 경우 비싼 배터리를 교체해야 할 수도 있어요. 그래서 중고 전기차를 구매하기 전에는 반드시 배터리 성능을 사실대로 고지했는지 배터리 상태가 양호한지 확인이 필요해요. 리본카에서는 해당 자료를 쉽게 볼 수 있도록 EV 배터리 진단 제도를 시행하고 있어 더욱 믿을 수 있어요. 가성비 좋은 중고 전기차를 구매할 계획이라면 리본카에서 찾아보는 것도 좋은 방법이에요.
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