왜 배터리 팩이 죽을까?

우리는 현재 살짝 전기차와 엔진차가 결합한 하이브리드카와 오로지 배터리 팩만을 사용하는 순수 전기차 시대에 살고 있습니다.

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진공 무선 청소기, 전동 킥보드, 전기 자전거, 전동 스쿠터, 전동 휠체어, 전동 드릴, 드론, 배터리 뱅크, ESS까지도 모두 필요 전압과 용량에 따라 다량의 리튬 Cell들을 직렬 또는 병렬로 연결되어 하나의 모듈이 되거나, 여러 모듈들이 모여 배터리 팩이 되어 사용하고 있습니다.

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우리는 이런 다량의 Cell들을 결합한 형태를 통칭하여 배터리 팩이라고 하는데, 사용시간이 늘어나면서,

각 Cell의 용량은 최초에는 균등한 상태에서 점점 노화하게 되어, 배터리 팩의 성능 저하와 용량이 감소합니다.

균등한 Cell 상태

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불균등한 상태

따라서, 이렇게 점점 심해지는 불균등한 Cell들을 균등하게 하기 위해서는 주기적으로 밸런싱 (balancing)이 필요합니다. 어쩌면 척추환자가 척추가 초기에 조금 휜 것을 방치할 경우, 시간이 흐르면서 허리가 휘어버리는 척추 측만증 등을 일으키는 것과 같습니다.

만약, Cell 밸런싱을 계속 안 할 경우, 결국에는 일부 Cell이 죽게 됩니다.

그래서, 하이브리드카와 전기차의 제조사에서는 배터리 팩 내의 Cell의 균등화를 위해 BMS를 장치해서,

배터리 팩을 충전과 방전할 때, 밸런싱 작업을 합니다.

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그런데, 이때의 밸런싱은 Passive Balancing이라고 하는 말 그대로 피동적인 밸런싱 작업을 하게 되며,

충전을 할 경우, 일부 Cell에서는 에너지의 낭비가 발생합니다.

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방전할 경우에는 일부 Cell은 바닥까지 사용했지만, 일부 Cell은 잔량이 남아있게 됩니다.

이에 반해, 능동적인 Active Balancing은 용량이 높은 Cell과 용량이 낮은 Cell 간의 에너지를 서로 주고받아서,

모든 Cell들이 균등한 상태로 만듭니다.

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따라서, 배터리 팩의 용량을 최대한도로 사용할 수 있게 됩니다.

상세한 내용은 링크된 오리지널 유튜브 동영상을 참고하시기 바랍니다.

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https://www.youtube.com/watch?v=jzRRivm-Osk

결론적으로, 자동차 제조사에는 원가절감 때문에 Active Balancing을 채택 못하고, Passive Balancing만을 BMS에 사용하는 것 같습니다.

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따라서, 소비자들은 자동차 제조사의 보증 조건인 10년 혹은 20만 km 동안 자기 스스로 Balancing을 하지도 않고,

자동차 제조사도 고장이 나서 차가 정지하지 않는 한, 보증기간과 보증 거리 동안 Balancing이 흐트러지도록 방치하는 상황입니다.

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결국, 엔진차는 웬만하면 100만 km에서 최대 200만 km까지도 엔진을 보링 하거나 미션을 갈아서라도 탈 수 있지만, 전기차는 리튬 배터리팩의 기술적 수명인 20만 km를 넘기면 수천만 원의 배터리 팩 교체 비용 때문에 폐차할 수밖에 없는 상황입니다.

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전기차는 무공해이고, 배기가스가 없어 환경친화적이라 다들 여기고 있지만,

실제 20만 km를 주행한 다음에는 배터리 팩을 교체할 수 없어 폐차할 경우, 코로나용 마스크와 비닐, 플라스틱의 공해를 넘어서는 엄청난 대형 쓰레기가 쏟아진다는 것입니다.

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재사용과 재활용에 대한 논의를 하고 대책을 세우고 있지만, 결국은 최대한 배터리 팩의 성능을 유지하고,조금이라도 더 오래 쓰는 방법을 찾아야 하는 상황입니다.

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재활용해서 자원을 회수한다고 하지만, 이를 수거하고, 파쇄해서, 분말을 만들어 필요 금속 성분들을 추출 분류하기 위해서는 막대한 에너지와 물이 필요하고, 이로 인해 엄청난 양의 탄소 배출을 감수해야 하기 때문입니다.

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대여용 전동 킥보드들이 여기저기 길거리에 나 뒹굴고 있습니다. 이런 전동 킥보드들도 용량 증강과 배터리팩의 성능 유지를 위해, Active Balancing을 수시로 합니다.

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그런데, 전기차 제조사들이 매년 정기적으로 배터리 팩의 Active Balancing을 한다는 이야기는 전혀 들어 보지 못했습니다.

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하이브리드카의 선두주자라고 할 수 있는 토요타에서도 20년이 지났지만,

서비스 센터에서 고작 하는 것이 OBD 2를 연결해, 무부하 시의 블록별 전압을 확인할 뿐 밸런싱 작업을 하지는 않고 있습니다.

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아래 동영상은 중국산 Active Balancing 장비를 사용해 전동 킥보드 배터리 팩 내의 Cell 간의 전압 편차를 소수점 셋째 자리까지 균등화 작업하고 있습니다.

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http://blog.naver.com/hybridman_call/222687009658

왜 배터리 팩이 죽을까?

최근 들어 1세대 전기 차인 기아의 레이 EV 배터리 팩 고장 수리 문의가 쇄도하고 있습니다.

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대부분이 2012년 이후 제조되어 나이로는 10년이 되었고, 주행거리도 겨우 6만~10만 km의 상태입니다.

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10년 동안, 6만 km 이상을 주행하는 동안 Balancing이 안 되어, 이미 배터리 팩 내의 88Cell들 중 죽은 Cell들이 발생되어, 거북이 표시가 나와 있습니다.

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고작 6만~10만km주행하고 전기차를 폐차한다는게 맞나요?

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뒤늦게 Cell 밸런싱을 하려고 해도, 이미 늦은 경우가 대부분입니다.

또한, 밸런싱을 하더라도, 배터리 팩의 수명이 이미 경각에 달려, 사용 가능한 용량이 한계에 이르러 낮은 언덕을 올라갈 힘도 없는 EV가 대부분입니다.

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방법은 하나뿐입니다.

모든 Cell들을 버리고, 수단과 방법을 가리지 말고 다른 Cell들을 이식하는 것입니다.

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즉, 썩은 충치를 모두 뽑아버리고, 틀니를 해 넣어야 합니다.아니면, 2천만 원에 달하는 신품 배터리 팩을 달거나, 폐차밖에는 대안이 없습니다.

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2021년 12월 27일부터 시작되어, 해를 넘겨 2022년 3월 30일까지 장장 3개월에 걸쳐서

2012년식 레이 EV에 성능 좋은 리튬 Cell을 이식한 이야기를 내용 정리 중입니다.

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레이 전기차 차주님들에게 곧 희소식을 전해 드린다고 했는데,

여러 가지 예상치 못한 복병과 난관들이 있어서, 이를 극복하고 해결하는 데 상당한 시간이 소요되었습니다.

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이제, 모든 시행착오를 마치고 곧 미리 예약하고 장장 두달을 기다리고 계신 레이 차주님들께

한 분 한 분 순서대로 희소식을 드리겠습니다.

https://blog.naver.com/hybridman_call/222638942283