전기 자동차 충전 기술의 정의와 전망

안녕하세요, 행복한 부자입니다. 이번 포스트는 전기 자동차의 충전 기술에 대해서 알아보려고 합니다. 

[전기 자동차 배터리란?]
전기 자동차의 배터리는 전기 자동차의 가장 중요한 핵심 부품으로, 전기 자동차의 연료/ 파워의 저장 장치입니다. 배터리에 저장된 전기 에너지가 모터로 이동하여 이를 물리 에너지로 변환함으로써 전기 자동차의 운행이 가능한 것이죠. 전기차의 배터리는 대표적으로 리튬이온(Lithium-ion) 배터리와 니켈-금속 수소(Nickel-Metal Hydride) 두 종류로 구분됩니다. 리튬이온 배터리는 가장 많이 활용되는 배터리로, 고밀도 에너지와 가볍다는 장점이 있으며, 고전압의 특성을 통해 장거리 주행이 가능하게 하며, 충전 시간이 빠른 편으로 전기 자동차의 배터리로서 가장 안정적인 성능을 가진다고 볼 수 있습니다. 다만, 단가가 비싸다는 단점이 있으며, 열에 대한 위험성 및 안전성 문제가 있습니다. 다른 배터리로는 니켈-금속 수소(Nickel-Metal Hydride) 배터리를 들 수 있는데요, 이는 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도는 낮으나, 안정성 및 안전성 측면에서 확실한 장점이 있다고 볼 수 있으며, 무엇보다 단가가 저렴하다는 장점이 있습니다. 다만, 에너지 밀도가 낮은 만큼 대용량의 배터리는 어려우며, 충전 효율이 낮기 때문에 성능 측면에서는 단점이 있다고 볼 수 있습니다. 국내 굴지의 자동차 회사의 전기 자동차 대부분은 리튬이온 배터리 방식을 채택하였으며, 이에 대한 연구 및 개발에 매우 많은 자원을 투자하고 있습니다. 또 다른 배터리로는 Fuel-cell을 들 수 있긴 합니다만, 이는 수소 자동차에 해당하는 내용이므로, 본 포스트에서는 다루지 않으려고 하니 양해 부탁드립니다.

[전기 자동차 배터리 충전 관련 핵심 기술]
전기 자동차 배터리는 매우 높은 전압과 용량을 가진 고에너지 밀도의 배터리가 필요하기 마련이겠지요. 이를 통해 전기 자동차는 주행 거리를 늘일 수 있으며, 고속에서도 안정적인 자동차 성능을 확보할 수 있으니까요. 또한, 전기 자동차에는 기존의 내연기관에는 존재하지 않는 배터리 관리 시스템, 즉 BMS(Battery Management System)라는 부품이 필요합니다. 이 BMS는 배터리의 성능을 관리하는 부품으로 배터리의 충전 정도, 방전 여부를 관리하고, 또한, 배터리의 상태/ 온도 등을 제어하고 관리하면서 배터리의 성능을 최적화하고 안전성을 확보할 수 있게 돕습니다. 또한, 배터리의 수명이나 신뢰성도 또한 전기 자동차 배터리의 핵심 기술이라고 할 수 있습니다. 배터리의 수명과 신뢰성은 전기 자동차의 주행거리와 성능에 지대한 영향을 미치니까요. 같은 맥락으로 냉각 기술도 필요합니다. 배터리 가동 시 발생하는 열을 냉각하여 온도를 조절함으로써 배터리의 성능을 최적의 상태로 유지하는 데 필요합니다. 고온이나 저온에서는 배터리의 성능이 떨어질 수밖에 없기 때문입니다. 이러한 특징들은 배터리의 수명에 지대한 영향을 끼칩니다. 왜냐하면, 배터리의 성능은 정상적인 환경에서 구동되더라도, 시간이 지날수록 저하되기 때문입니다. 충전과 방전의 횟수나 주기뿐만 아니라, 충전이나 방전 정도도 중요합니다. 배터리가 100% 충전되고 0%까지 방전되는 것은 지양되어야 하는데, 평균적으로 배터리의 충전/ 방전 정도는 20%~80% 사이를 유지하는 것이 배터리의 수명에 가장 좋은 방법의 하나라고 보시면 됩니다. 또한, 배터리의 설계하는 기술도 중요하다고 볼 수 있습니다. 일상에서 사용되는 소형 배터리와 같이 원통형으로 디자인되는 배터리 형태도 있으나, 지금까지 대부분의 배터리는 직사각형 형태로 설계됩니다. 자동차 설계 측면에서 원통형보다 직사각형 형태로 설계할 경우, 배터리 팩의 형태로 설계하여 차량의 하부에 부찰 할 수 있기 때문입니다.

[배터리의 폐기 방법, 재활용에 대한 기술]
모든 전자 부품이 그러하듯 배터리도 역시 수명의 한계가 있습니다. 더욱이, 배터리는 환경 오염을 유발할 수 있는 부품이기 때문에, 폐배터리를 안전하고 적절하게 처리하는 것이 환경 보호 측면에서 매우 중요함에 따라, 적절한 처리를 통해 재활용, 또는 폐기되어야 합니다. 플라스틱 폐기물도 재활용 처리장을 통해 후처리 되듯이, 폐배터리도 역시, 폐배터리 재활용 시설이 필요합니다. 이곳에서 물리적/ 화학적 재활용 공정을 통해 배터리 소재를 구분하고 재생합니다. 배터리를 구성하고 있는 다양한 재료 중, 특히 금속, 니켈, 리튬 등을 추출해서 재활용에 활용하게 되는 것이죠. 또한, 최근에는 배터리 재생 기술에 대한 관심도 점차 커지고 있습니다. 배터리를 수리하거나 재생하는 기술을 통해서 배터리의 수명을 연장하는 방법이죠. 이를 통해 배터리의 성능, 용량, 효율 및 수명을 회복하여, 배터리의 생산에서 폐기에 이르는 기간을 연장할 수 있죠. 수명이 모두 소진된 폐배터리 중, 재활용이 어렵거나, 더 이상의 재생이 불가능하다면, 폐배터리 처리장으로 가게 되겠으며, 나라별, 지역별로 마련되어있는 정부 규제에 따라 적법한 절차를 통해 처분됩니다. 기업과 국가는 이 폐배터리의 처리에 있어서 그 책임에서 벗어날 수 없기 때문에 적법한 절차를 통해 폐배터리를 처리할 수 있도록 저마다의 방법과 절차를 통해 폐배터리의 처리하게 되는 것입니다. 전기 자동차의 배터리를 처리하는 것은 환경 보호와 사회 안전에 매우 중요함에 따라, 정부와 기업, 그리고 소비자 간의 상호 협력이 매우 중요합니다. 기술에 대한 지속적인 발전과 적법한 법률, 규제 및 정책을 마련하고 도입함으로써, 폐배터리 관리를 효과적으로, 효율적으로 해서 나아갈 수 있을 것으로 예상합니다.