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쌈박한오릭스46
전기차를 충전할 때 충전기의 출력이 높을수록 충전 시간이 짧아지는데, 배터리가 받아들일 수 있는 전력에도 한계가 있는 이유는 무엇일까요?
전기차를 충전할 때 충전기의 출력이 높을수록 충전 시간이 짧아지는데, 배터리가 받아들일 수 있는 전력에도 한계가 있는 이유는 무엇일까요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 전기차 충전기의 출력이 높으면 당연히 충전 시간이 짧아지지만, 배터리 자체가 받아들일 수 있는 전력에는 한계가 있습니다.
그 이유는 배터리는 단순히 전기를 무조건 많이 넣을 수 있는 통이 아니라, 내부에서 리튬 이온이 이동하면서 에너지를 저장하는 화학 장치입니다. 너무 큰 전력을 빠르게 넣으면 내부에서 저항에 의해 열이 많이 발생하고, 리튬 이온이 전극에 정상적으로 저장되지 못해 배터리 열화나 손상, 안전 문제가 생길 수 있습니다.
특히 배터리가 거의 충전된 상태에서는 이런 현상이 더 두드러집니다. 그래서 급속충전도 처음부터 끝까지 같은 높은 출력으로 충전하지 않고, 충전량이 올라갈수록 전력을 점차 낮추는 방식으로 제어합니다.
그래서 결국 충전기는 높은 출력을 낼 수 있어도 자동차의 배터리와 충전 시스템이 허용하는 만큼만 전력을 받아들이게 프로그램 되어 있습니다. 그래서 충전기의 출력이 높다고 해서 모든 전기차가 그만큼 빠르게 충전되는 것은 아닙니다. 결국 안전상 문제로 정해진 출력까지만 받아 들여서 충전이 되는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
배터리는 전기를 무조건 많이 넣을 수 있는 통이 아니라 리튬 이온이 음극에 자리 잡는 화학 장치입니다.
전력을 너무 빠르게 밀어 넣으면 리튬 도금과 과열이 발생해 수명이 줄고 화재 위험이 커지므로 배터리 관리 시스템이 안전한 한계까지만 전력을 받아들인답니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
한계를 만드는 건 배터리 안에서 리튬 이온이 이동하는 속도예요. 충전은 양극에 있던 리튬 이온이 전해질을 헤치고 음극으로 건너가 그 안에 자리를 잡는 과정이에요. 전력을 높이면 이온을 더 빨리 밀어 넣는 셈인데, 이온이 음극 내부로 파고들어 자리 잡는 속도는 정해져 있어요. 밀려드는 속도가 받아들이는 속도를 넘으면 이온이 음극 표면에 정체되고, 여기서 전자를 받아 금속 리튬으로 굳어버려요. 이걸 리튬 도금이라고 하는데, 한번 금속으로 굳으면 다시 돌아오지 않아 용량이 영구히 줄어요. 심하면 바늘 모양으로 자라 분리막을 뚫고 내부 단락을 일으켜 화재로 이어져요.
두 번째 한계는 열이에요. 큰 전류가 흐르면 배터리 내부 저항에서 열이 나는데, 발열은 전류의 제곱에 비례해서 출력을 두 배 올리면 열은 네 배가 돼요. 온도가 오르면 전해질이 분해되고 전극이 상해서 수명이 급격히 줄어요. 그래서 전기차는 배터리 온도를 실시간으로 재고, 뜨거워지면 충전 속도를 스스로 낮춰요. 겨울에 초급속 충전이 느린 것도 온도가 낮으면 전해질이 끈적해져 이온 이동이 느려지니 배터리가 일부러 전력을 제한하기 때문이에요.
그래서 충전 곡선이 계단처럼 꺾여요. 배터리가 비어 있을 때는 음극에 빈자리가 많아 큰 전력을 받아들이지만, 80%를 넘어가면 자리가 얼마 안 남아 도금 위험이 커지니 전력을 확 줄여요. 20%에서 80%까지가 20분인데 80에서 100까지가 또 20분 걸리는 게 이 때문이고요. 급속충전기 출력이 350kW라도 차량이 받아들일 수 있는 상한은 차종마다 정해져 있어서, 충전기 숫자보다 차의 배터리 관리 시스템이 실제 속도를 정해요 :)
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
배터리가 수용할 수 있는 최대 충전 전력에는 한계가 있습니다. 가장 큰 이유는 초고속으로 충전할 때 발생하는 과도한 열이랑 리튬 이온의 내부 화학적 이동 속도이죠. 높은 전력으로 과도하게 전류를 밀어 넣으면 배터리 내부에서 저항에 의해 온도가 급 상승합니다. 또 절연막에 구조적인 열화가 가속화되는 거죠. 자칫하면은 열폭주가 일어날 수 있는 위험이 생깁니다.
그리고 음극으로 이동하는 리튬이온의 삽입 속도가 너무 많은 전류가 공급이 될 수가 있는데 이러면 이온이 음극 내부로 들어가지 못하고 표면에 금속 리튬 형태로 쌓입니다. 이거를 리튬 섭출 현상이라고 말하죠. 이 현상은 배터리의 수명을 깎아 먹습니다. 그리고 뿐만 아니라 댄드라이트를 형성하기도 해서 내부에서 단락을 일으키죠. 결국 배터리 관리 시스템이라고 하는 BMS가 안전한 전류의 한계치를 제한하는 거라고 이해해 주시면 좋겠습니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
전기차 배터리가 받아들일 수 있는 전력에 한계가 있는 가장 큰 이유는 열 발생 및 물리적·화학적 안전 문제 때문입니다. 고출력 전력이 갑자기 들어오면 리튬 이온의 이동 속도가 한계에 다다라 내부 저항으로 인한 과열이 발생하고 이는 배터리 수명을 급격히 단축할 뿐만 아니라 열폭주 및 화재의 위험을 높입니다 또한 리튬 이온이 음극에 너무 빠르게 이동하면 금속 결정이 형성되는 리튬 플래팅 현상이 발생해 셀 내부 단락을 유발할 수 있습니다 따라서 배터리 관리 시스템은 안전을 확보하고 셀 성능 하락을 방지하기 위해 최대 충전 속도와 수용 전력을 능동적으로 제어합니다