[아롱 테크] 전기차 배터리는 왜 수백 개의 '셀(Cell)'로 만들어졌을까
[아롱 테크] 전기차 배터리는 왜 수백 개의 '셀(Cell)'로 만들어졌을까
  • 김아롱 칼럼니스트
  • 승인 2022.06.13 10:30
  • 댓글 0
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전기차는 전기배터리를 에너지원으로 전기모터를 구동시켜 움직인다는 건 누구나 알고 있는 사실입니다. 내연기관차나 하이브리드차는 엔진이 작동할 때 알터네이터가 전기를 발생시켜 배터리를 충전해 주지만 전기모터로만 구동되는 순수전기차는 배터리를 충전할 수 있는 에너지원이 없기 때문에 외부에서 충전해 줘야하므로 배터리 용량이 매우 중요합니다.  

전기차는 배터리 용량이 크면 클수록 더욱 멀리까지 주행할 수 있기 때문이지요. 하지만 무작정 배터리용량을 늘리게 되면 크고 무거운 배터리로 인해 오히려 차체의 무게가 증가하게 되고 차를 움직이는데 더 많은 힘이 필요해지므로 오히려 배터리소모가 빨라집니다. 

또한 한정된 차량공간 때문에 배터리를 무작정 실을 수도 없습니다. 최근 출시되고 있는 전기차의 경우 고전압배터리의 무게가 500~700kg 정도로 차량 전체 무게의 1/3에서 절반 가까이 차지하고 있습니다. 그렇다면 배터리의 용량은 어떻게 정해지는 것일까요? 

전기차의 배터리용량은 차종마다 제각각이지만 킬로와트시(kWh) 단위로 표기합니다. kWh는 배터리의 전력량(electrical energy)을 표시하는 단위로 배터리의 총 전압과 전류를 곱한 값입니다. 일반적으로 배터리는 음극판과 양극판, 전해액, 분리막 등 4가지 요소로 구성되어 있습니다. 

이것을 배터리 셀(Battery Cell)이라고 하는데 배터리는 이러한 배터리 셀이 여러 개로 조합되어 있습니다. 흔히 내연기관차에 사용되고 있는 12V 배터리의 경우 2.2V의 배터리 셀 6개로 구성되어 있다고 할 수 있지요(배터리 제조사 또는 제품에 따라 6개 이상의 셀이 사용되기도 합니다).

전기차에 흔히 사용되고 있는 리튬이온배터리 구조 역시 이러한 배터리 셀이 기본을 이루고 있으며, 건전지처럼 동그란 원통형이나 네모 난 각형, 납작한 판형의 파우치형 등 다양한 모양의 배터리 셀이 적게는 100여개 많게는 300개 이상 적용되어 있습니다.

이러한 배터리 셀은 일반적으로 3개 혹은 4개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결한 후 이것을 다시 여러 개로 모아 하나의 작은 상자에 담아놓는데 이것은 배터리 모듈(battery Module)이라고 부릅니다. 그리고 여러 개의 배터리 모듈을 다시 그룹화한 것을 배터리 팩(battery pack)이라고 합니다. 

예를들어 볼보 최초의 순수전기차 C40 리차지의 경우 총 324개 배터리 셀이 12개 배터리 모듈로 구성되어 있으며, 쉐보레 볼트 EV는 288개의 배터리 셀과 10개의 배터리 모듈로 구성됩니다. 현대 아이오닉5와 기아 EV6(77.4kWh 기준)의 경우 384개의 배터리 셀이 32개 모듈로 연결되어 있으며 8개의 서브 배터리 팩으로 구성되지요.  

이를 바탕으로 배터리의 용량을 구해보면 C40 리차지의 경우 3.68V, 66Ah의 배터리 셀 12개로 구성된 배터리 모델 하나당 14.7V의 전압과 196.2Ah의 전력을 갖춰 총 27개의 모듈을 더하면 약 77.8kWh의 배터리용량을 갖추게 됩니다.(배터리 셀과 모듈은 직렬과 병렬연결이 혼합되어 연결되어 있고 연결방법이 모델별로 다르므로 배터리 단위 셀의 용량이 아닌 모듈의 전력량으로 계산하는 것이 일반적입니다.)

한편 배터리 셀을 한꺼번에 연결하지 않고 배터리 모듈과 팩으로 그룹화해 연결하는 이유는 배터리 셀에 기체 또는 이물질이 유입되는 것을 방지하고 냉각효율을 높이기 위함입니다. 또한 배터리 셀에 문제가 생겼을 경우 일일이 해당 셀을 찾아야하는 하는 번거로움을 해결할 수 있는 등 배터리 관리에 도움이 되기 때문입니다.
 


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