전기차 안전·주행거리 지키는 배터리 열관리 시스템

IT동아 갤러리

1/3

전기차 안전·주행거리 지키는 배터리 열관리 시스템

IT동아

2024.03.14 21:31:14

조회 381 추천 0 댓글 0

[IT동아 김동진 기자] 혹한기가 찾아오면, 자동차 실내 온도를 조절하기 위해 공조 시스템을 강하게 가동하곤 한다. 이때 엔진의 열로 난방하는 내연기관차와 달리, 배터리 전력으로만 공기를 가열해 뿜어내는 전기차의 주행가능 거리는 크게 줄어든다. 차량을 충전하거나 주행 중 외부 충격으로 배터리 온도가 급격히 상승하면, 화재를 유발하기도 한다. 전기차 배터리 성능 유지와 화재 예방을 위해 일정한 온도 유지를 돕는 열관리 솔루션의 중요성이 커지고 있다.

출처=엔바토엘리먼츠

전기차 안전과 효율을 담보하는 열관리 기술

전기차에 주로 사용하는 리튬이온 배터리의 주요 구성은 양극재와 음극재, 분리막, 전해액이다. 배터리는 충전 시 리튬 이온을 양극에서 음극으로 보냈다가 방전 시 양극으로 다시 돌아오게 하는 방식으로 충·방전을 지속한다. 양극의 리튬이온이 중간의 전해액을 지나 음극으로 이동하면서 전기를 발생시키는 원리다. 이때 이온이 잘 이동하도록 돕는 매개체가 액체인 전해액이며, 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단하는 역할을 한다.

리튬이온 배터리 4대 구성 요소 / 출처=삼성SDI

한파가 몰아치면 기온이 급격히 낮아지면서 액체 성분인 전해액이 일부 굳기 때문에 리튬이온의 원활한 이동을 막아 배터리 효율을 떨어뜨린다. 리튬이온 배터리로 작동하는 휴대폰이 겨울철에 빨리 방전되는 것도 같은 맥락이다.

극한의 날씨뿐만 아니라 전기차를 구동하거나 충전하는 과정에서 고전압 전기가 배터리에 과열을 일으키는 경우가 있다. 외부 충격으로 배터리 손상이 발생하기도 한다. 두 경우 모두 배터리 온도의 급격히 상승을 유발하는 요인이다. 배터리 온도가 급격히 올라가면 셀에서 열폭주 현상이 발생해 전기차 화재를 일으킬 위험이 있다.

극한의 날씨로 인한 전기차 주행거리 감소 또는 외부적 요인에 의한 배터리 이상으로 발생하는 온도 변화를 통제하는 ‘배터리 열관리 시스템’은 전기차 안전과 효율을 담보하는 솔루션이다. 전기차에 탑재한 배터리 셀의 온도를 실시간으로 감지해 이상이 있으면 제어하는 방식으로 작동한다.

배터리 열관리 시스템의 열관리 방식은 크게 공랭식과 수랭식으로 나뉜다.

공랭식 열관리 방식(왼쪽)과 수랭식 열관리 방식으로 나뉘는 배터리 열관리 시스템 / 출처=KISTI

공랭식 열관리 방식은 외부 공기를 배터리 셀이나 방열판 핀 등에 흐르도록 유도해 온도를 조절한다. 하지만 외부 환경에 영향을 많이 받는 단점으로 상당수 전기차에는 수랭식 열관리 방식의 배터리 열관리 시스템이 탑재된다. 수랭식은 셀 사이에 위치한 방열판에 냉각수 또는 온수를 닿게 해 배터리 온도를 일정하게 조절한다. 이 같은 배터리 열관리 시스템은 배터리 팩 내에 탑재돼 전기차의 안전뿐만 아니라 성능 유지에도 필수적인 역할을 한다. 전기차 시장 확대와 함께 배터리 열관리 시스템의 시장 규모도 커지는 이유다.

배터리 열관리 시스템 글로벌 시장 규모 전망치 / 출처=KISTI

한국과학기술정보연구원(KISTI)에 따르면, 배터리 열관리 시스템의 글로벌 시장 연평균 성장률(CAGR)은 약 18.4%며, 2026년에는 46억7800만달러(약 6조2000억원) 수준을 형성, 큰 규모로 성장할 전망이다. 이에 따라 자동차 제조사뿐만 아니라 소재·부품 기업, 배터리 제조사 등이 열관리 선행 기술 개발을 위한 연구에 매진하고 있다.

배터리의 적정 온도를 유지하며 이상이 발생할 시 즉각 감지하고 대처하는 기술력을 갖춘 기업이 시장을 선도할 전망이다. 독일 콘티넨탈, 프랑스 발레오, 미국 젠썸, 우리나라의 한온시스템 등이 열관리 분야 주요 기업으로 꼽힌다.

장우석 KISTI 데이터분석본부 선임연구원은 “최근 전기차의 주행가능 거리를 확대하기 위해 배터리 팩 밀도를 높이는 추세인데 이 때문에 팩 내에 공기나 물이 닿지 않는 곳이 생기고 열을 발산할 공간이 줄어들어 배터리 온도 변화가 더욱 심해진다”며 “열관리 시스템은 배터리 주변 온도에 따라 배터리 팩에서 발생하는 열을 빠르게 가져가거나, 반대로 열을 전달하며 배터리의 일정한 온도 유지를 돕는다. 하지만 주변 온도가 급변하는 경우에는 물질의 열전이에도 한계가 있어 공기나 물을 함께 활용하는 하이브리드 형식의 열관리 분야와 같은 또 다른 방식의 열관리 연구도 활발히 진행 중”이라고 말했다.

글 / IT동아 김동진 (kdj@itdonga.com)

사용자 중심의 IT 저널 - IT동아 (it.donga.com)

▶ [EV 시대] 전기차 공유 서비스의 명과 암 ▶ 현대차 ”포니 시대로 타임슬립”…제페토에 신규 콘텐츠 론칭 ▶ [자동차와 法] 전기차 충전시설 의무 설치 관련 법률 살펴보니

고정닉 0

원본 첨부파일 4본문 이미지 다운로드

전체 댓글 0개

등록순

본문 보기

타인의 권리를 침해하거나 명예를 훼손하는 댓글은 운영원칙 및 관련 법률에 제재를 받을 수 있습니다.
Shift+Enter 키를 동시에 누르면 줄바꿈이 됩니다.

갤러리 리스트
번호	제목	글쓴이	작성일	조회	추천
설문	연예인 안됐으면 어쩔 뻔, 누가 봐도 천상 연예인은?	운영자	24/06/17	-	-
3702	AI가 이끄는 설계·엔지니어링 혁신…’카티아 유저데이’ 현장	IT동아	04.18	181	0
3701	블록체인 산업 트렌드·발전 방향 확인하는 자리, 2024 BCMC	IT동아	04.18	164	0
3700	핀카(FINCA), 3D 초개인화 서비스 '마리테'로 침구 시장 공략	IT동아	04.18	803	1
3699	차트분석 도구 ‘트레이딩뷰’ 파고들기 - 7	IT동아	04.17	200	0
3698	[뉴스줌인] LPDDR5X 시장, 삼성전자 신제품 개발로 경쟁 ‘후끈’	IT동아	04.17	260	0
3697	모니터암·전동식 책상·의자가 사무실 '필수'로 떠오르는 이유는? [1]	IT동아	04.17	1713	1
3696	[스타트업-ing] 씨지인사이드 “법률·규제 인공지능 도우미 전파”	IT동아	04.17	203	0
3695	'성능ㆍ휴대성' 겸비한 고성능 노트북 PC들이 온다 [1]	IT동아	04.17	795	1
3694	[자동차와 法] 공공기관의 친환경차 의무구매제도 현황에 대하여 [1]	IT동아	04.16	468	0
3693	티맵에 숨어 있는 유용한 기능 활용해 보니	IT동아	04.16	170	0
3692	로보락 “품질·편의성으로 고객 중심 가치 구현할 것” [3]	IT동아	04.16	994	0
3691	[뉴스줌인] RDIMM 메모리 출시한 커세어, 일반 메모리와의 차이점은?	IT동아	04.15	168	0
3690	인공지능 활용한 게임 내 그래픽 가속, 현재와 미래	IT동아	04.15	176	0
3689	[월간자동차] 24년 3월, 신차·중고차 판매 모두 상승…기아 쏘렌토 1위 고수	IT동아	04.15	953	0
3688	‘카드부터 신분증까지’ 갤럭시 스마트폰 쓴다면 지갑 말고 이렇게![이럴땐 이렇게!] [4]	IT동아	04.15	1356	3
3687	“전통주 번개배송은 새로운 경험의 시작이 될 것” 박준형 술담화 CSO	IT동아	04.12	250	0
3686	[생성 AI 길라잡이] 애플이 만들 인공지능 서비스, 어떤 모습일까?	IT동아	04.12	271	0
3685	2024년은 온디바이스 AI 시대, 왜 'AI PC'는 지금 주목받나? [4]	IT동아	04.12	7330	4
3684	‘낭만국시’ 우승완 공동대표 “춘천 원도심 상권르네상스로 스마트 비즈니스 발돋움”	IT동아	04.12	205	0
3683	[인터뷰] 유니버설 로봇 “글로벌 1위 협동로봇 앞세워 韓 시장 공략”	IT동아	04.12	955	1
3682	영상 촬영의 세계를 넓혀주는 파트너, DJI RS 4	IT동아	04.12	200	0
3681	[KESIA 시드팁스] 하와이컴퍼니 “수포자 문제 해결할 교육 솔루션, 여기 있습니다”	IT동아	04.12	200	0
3680	이더리움 상승세 'ETF 승인 기대감·네트워크 업그레이드' 영향	IT동아	04.12	1175	0
3679	[농업이 IT(잇)다] 투마루, "푸드 업사이클링으로 김천 호두 진심 전할 것"	IT동아	04.12	191	0
3678	[시승기] 차체 키우고 첨단 기술로 무장...‘BMW 뉴 X2’ [6]	IT동아	04.11	2337	3
3677	[KESIA 시드팁스] 유기성 폐기물 처리 혁신으로 친환경 세상 이룰 것, 이성범 예쓰바이오 대표	IT동아	04.11	188	0
3676	퀄컴, 임베디드 월드 2024에서 새 IoT 칩 및 산업용 플랫폼 공개 [2]	IT동아	04.11	1048	1
3675	AMD, 성능 10배 높인 '2세대 버설 AI 엣지·프라임' 임베디드 칩 출시	IT동아	04.11	466	0
3674	필수 가전 등극한 건조기, ‘타워’ 다음은 ‘콤보’? [10]	IT동아	04.10	6095	0
3673	차트분석 도구 ‘트레이딩뷰’ 파고들기 - 6	IT동아	04.09	211	0
3672	전기차도 에너지효율 표시…‘5단계 연비등급제’ 전면 시행	IT동아	04.09	200	0
3671	[EV 시대] 미래 모빌리티 핵심 '전동화와 SDV' [1]	IT동아	04.09	6384	1
3670	가상자산 거래소 2023년 부진한 실적, 올해는 반등 노린다	IT동아	04.09	195	0
3669	[IT신상공개] 지연시간 줄인 연주용 무선 헤드폰, 야마하 YH-WL500	IT동아	04.09	460	2
3668	[리뷰] 좋은 거 다 담았는데 이 두께가 나와? 에이수스 ROG 제피러스 G16(2024)	IT동아	04.08	280	0
3667	[뉴스줌인] 삼성 올인원 Pro, 일체형 PC 한계 넘을까?	IT동아	04.08	337	0
3666	윤곽 드러난 PCIe 7.0··· '최대 512GB 대역폭으로 AI 시장 보조'	IT동아	04.08	209	0
3665	[신차공개] BMW ‘뉴 X2’ 출시·로터스 ‘에메야’ 제원 공개 [1]	IT동아	04.08	205	0
3664	수많은 일정 간편하게 공유하려면 이렇게![이럴땐 이렇게!]	IT동아	04.08	677	1
3663	[주간투자동향] 티오더, 300억 원대 시리즈B 투자 유치	IT동아	04.08	168	0
3662	[생성 AI 길라잡이] AI로 만든 콘텐츠, 저작권 인정될까? [1]	IT동아	04.05	308	0
3661	윤희현 엠디글로벌넷 대표 “스타트업 창업에서 해외진출까지 함께”	IT동아	04.05	207	0
3660	[농업이 IT(잇)다] 친환경 농업용 냉·난방기 개발 기업 ‘아이토브에너지’	IT동아	04.05	217	1
3659	[KESIA 시드팁스] 혈관독성약물 국소전달 플랫폼 ‘바스블록’으로 항암치료 혁신 꿈꾼다, 박정호 엔도큐라 대표	IT동아	04.05	201	0
3658	닥터호두 “품질·맛 좋은 국산 호두, 신선하고 편하게 먹도록 제공합니다” [7]	IT동아	04.05	1103	1
3657	차트분석 도구 ‘트레이딩뷰’ 파고들기 - 5 [1]	IT동아	04.04	655	1
3656	골드문트, 하이파이 스피커 라인업 출시 ‘새로운 사운드·성능 제공’	IT동아	04.04	277	0
3655	티맵 “2000만 데이터 학습한 AI 앞세워 초개인화 서비스 나설 것”	IT동아	04.04	381	0
3654	AI 하드웨어 생태계의 시작이자 기준, 'MLPerf'란 무엇인가?	IT동아	04.04	1001	0
3653	[스타트업人] 스타트업의 동반자, 서울창조경제혁신센터 '창업 액셀러레이터' 이야기	IT동아	04.04	247	0