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전기자동차용 리튬이온 배터리의 효율적 적용 방안

전문가 제언: ○ 일반적으로 사용되는 기존 배터리에 비해 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 높은 전력 밀도, 긴 수명 및 환경 친화적 특성을 가지고 있기 때문에 가전제품에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 자동차용 리튬이온 배터리는 용량이 크고 빈번하게 직렬-병렬 교차연결이 필요할 뿐 아니라, 안전성, 내구성, 균일한 성능유지 및 비용과 같은 문제점 때문에 아직은 전기자동차 분야에 그다지 넓게 사용되지 못하고 있다.

○ 이 문제를 해결하기 위해 새로운 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 충전 및 방전 시에 리튬이온의 이동 및 반응 공정 뿐 아니라 배터리 셀(cell) 전체의 거시적 및 미시적 단계를 모사하여 전극의 위치와 형태를 다양화 하고 최적의 물질 조합을 쉽게 찾아낼 수 있다. 또한 안전성과 신뢰성이 동시에 요구되는 영역에서 리튬이온 배터리를 효율적으로 적용하기 위해 배터리 관리시스템(BMS의 도입이 절대적으로 필요하다.

○ 2012년 세계 리튬 2차 전지 출하량과 금액이 각각 약 55억 셀과 약 166억 달러 규모로 2011년 약 50억 셀과 약 143억 달러 대비 각각 9.8% 및 16.2% 증가하였다. 자동차용 리튬이온 배터리 시장 규모는 작년 15억 달러에서 2015년 90~100억 달러, 2020년까지 500억 달러로 증가가 예상된다. 현재 배터리 가격이 너무 높고 주행거리가 제한되기 때문에 휘발유 차량대비 경쟁력을 갖기 위해서는 배터리 가격이 50~80% 하락해야 되고 배터리 에너지 밀도를 대략 2배 정도 증가시켜야 가능할 것으로 예상한다.

○ 본문에 BMS의 구성과 배터리 셀 전압측정, 배터리 상태예측, 배터리 균일성 및 평형성, 배터리 결함진단 등 중요한 이슈에 관해 기술하였다. 세계 배터리 시장을 선도하는 LG와 삼성도 BMS 개발에 적극 참여하여 먼저 배터리 성능이 형성되는 과정과 그 메커니즘을 이해하고, 배터리 성능 시험을 통해 배터리 성능에 영향을 미치는 중요 또는 최소 인자와 영향을 주는 법칙을 알아내고 실제 배터리 시스템에 적용할 수 있는 BMS를 개발하여야 한다고 생각한다.

저자: Languang Lu, Xuebing Han , Jianqiu Li , Jianfeng Hua , Minggao Ouyang
자료유형: 학술정보