3.1. 배터리 용량 및 수명
| Specipication | ||
| Norminal Capacity | ave. 90Ah | |
| Norminal Voltage | 3.7V | |
| Energy | ave. 340kWh | |
| Voltage (max) | 4.1V | |
| Discharge power (ave) | 5s at 25℃ SOC 90% | 1500 W |
| 30s at 25℃ SOC 90% | 1100 W | |
| 30s at 25℃ SOC 25% | 950 W | |
| 30s at -25℃ SOC 25% | 150 W | |
| Dimension (L x W x H, mm) | 173 x 125 x 45 | |
| Weight | ave. 2.00 kg | |
배터리 기본 단위인 Cell 사양이다. 용량(Capacity)은 Ah 단위 표현된다. 평균 전압은 양극재 평균 전압이 배터리 Cell 전압이다. Energy는 kWh로 용량 곱하기 전압으로 계산된다. 최대 전압도 양극재 특성과 동일하다. 방전(Discharge)은 SOC(State of Charge) 충전상태와 온도에 따라서 방전량의 차이가 있다. 배터리 모듈화를 위한 크기가 일정해야 한다. 무게는 전기차에 팩으로 조립되었을 때 무게당 에너지가 중요하므로 배터리는 일정한 무게를 유지해야 한다.
[그림] 배터리 Cell 세부 사양
배터리 General 사양 외 DC-IR (직류 내부저항)은 배터리는 전기가 잘 통해야 하는 기능이 있어 내부 저항이 높으면 충분한 반전 성능을 나타낼 수 없다. 수명 측정 방법으로 Cycle life는 정해진 조건으로 충전 방전을 계속적으로 진행해서 EOL(End of Life) 최종 수명에서 80%의 성능을 유지할 수 있는 사이클 횟수를 측정한다. 방치 자연방전(Self discharge) 특별한 조건 없이 방치된 상태에서 자연스럽게 방전되는 수준이다. 사용하지 않았는데 과도하게 방전되는 배터리는 내부 쇼트 현상이 있을 가능성이 높아 수명이 급격히 감소된다.
Calendar life는 일반적으로 배터리는 완전 방전, 완전 충전으로 사용되지 않고 일정한 패턴으로 사용되듯이 이런 일상과 유사한 조건으로 배터리 수명을 측정하는 방식이다. 압축(Compression)과 부품(Swelling force)은 배터리가 어느 정도까지 압력을 견디고 충방전을 거듭함에 따라 얼마나 부풀어 오르는 지를 측정한다.
[그림] 설계 검증 방법
설계 검증 테스트의 대표적인 방법들이다. 관통(Nali penetration)은 배터리를 뾰족한 물체로 관통시켜 내부 쇼트가 발생하는 경우 화재가 발생하는 지를 테스트 한다. 충격(Crush test)은 배터리에 일정한 충격을 가하여 변형이나 정상 동작 여부를 확인한다. 열안전성(Thermal stability test)은 상온외 저온이나 고온 상태에서 배터리 정상 동작 여부를 확인한다. 과충전(Overcharge test)은 강제적으로 충전을 진행하여 배터리 과충전 상태에서 안전 장치의 정상 동작 여부를 확인한다. 외부쇼트(External short circuit test)는 외부 쇼트 상태를 얼마나 견딜 수 있는 지 확인한다. 과방전(Force discharge)는 강제적으로 과반전 상태로 만들어서 안전 장치 동작 상태 나 배터리 동작 상태를 테스트 한다.
[그림] Cycle Life : 수명
Cycle 수명 테스트는 많은 시간이 소요되고 아주 중요한 배터리 신뢰성 항목이다. 0.5C/1C 의미는 C는 C-rate, 충방전 속도의 의미, 1C는 정격 배터리 용량을 1시간 동안 방전(또는 충전)한다는 것이다. 0.5C 는 2시간, 2C 는 30분을 의미한다. 0.5C/1C 조건은 2시간 동안 충전하고 1시간만에 방전시키는 조건을 Capacity 80% 아래로 내려갈 때까지 반복 충방전 cycle을 진행하여 배터리 수명 품질을 테스트한 그래프이다. @25 ℃는 사이클 분위기 온도이다. 예를 들어 고온 40 ℃, 저온 -25 ℃ 조건으로 사이클 테스트를 진행하면 상온보다는 수명이 줄어드는 결과가 나올 것이다.
[표] Cell – Module – Pack 간단 사양
니산 리프 전기차 배터리 사양이다. Cell은 33Ah 용량을 가지고 있고 Module은 4개의 Cell을 2 병렬(parallel) – 2 직렬(series)로 연결하여 모듈을 구성한다. Pack은 48개의 모듈을 직렬로 연결하여 Total Energy 24 kWh 용량을 가지고 있다.
Battery 120Ah 용량 Cell을 직렬로 연결하여 42kWh 배터리팩을 장착하여 NEDC 기준 359 km 주행거리를 갈 수 있다는 의미다. 94Ah는 290 km, 60Ah는 190 km로 Cell 용량에 따라서 주행거리가 줄어들고 있다. 주행거리 측정 방식은 유럽 방식 NEDC(New European Driving Cycle), WLTP(Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure), 미국 EPA(Electric car range and efficiency) 가 있다. 차량별 주행거리 비교를 할 때 주행거리 측정 기준이 동일해야 정확하게 비교가 된다.
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