2차전지, 배터리셀, 배터리팩, SOC, 개루프 전압 등 전기차 배터리 용어정리

2차 전지, 배터리 셀, 배터리팩, SOC, 개루프 전압 등 전기차에 사용된 배터리에 대한 이해를 위한 용어 정리를 해보도록 하겠습니다. 

 

2차 전지의 개념

배터리는 화학 에너지를 통해 전기에너지로 바꾸거나 전기에너지를 이용하여 화학 에너지로 바꾸어 저장하는 역할을 하는 장치라고 할 수 있습니다. 화학 에너지에서 전기에너지를 생산하는 한 방향으로만 변환 가능한 종류의 배터리를 1차 전지라고 말하며, 화학 에너지와 전기에너지로의 변환이 쌍방향으로 모두 가능한 전지를 2차 전지라고 합니다. 전기차에 사용되고 있는 배터리는 쌍방향 에너지 변화이 가능한 2차 전지들이 활용되고 있습니다. 

 

 

배터리의 기본 구성, 배터리 셀

배터리의 주요한 용어들이 몇 가지 있습니다. 먼저 배터리 셀이라는 용어입니다. 셀은 배터리를 구성하는 것 중 가장 작은 단위를 말합니다. 일반적으로 배터리 셀은 전지의 종류에 따라 약간의 차이가 있지만 보통 1에서 6V 사이의 전압을 가지는 기본 요소입니다. 이런 셀들이 5~6개가 병렬이나 직렬로 연결되어 있는 것을 모듈이라고 부릅니다. 직렬로 연결하면 전압이 연결하는 수만큼 늘어나며 병렬로 연결을 하면 하나의 셀들이 가지는 전압과 전류가 늘어나는 효과를 가지게 됩니다. 

 

 

배터리 팩과 C-rate

팩이라는 용어가 있습니다. 배터리 팩은 모듈 여러 개를 병렬과 직렬로 연결하여 최종적으로 필요하게 되는 전류와 전압의 용량을 맞춘 최종 제품이라고 할 수 있습니다. 또 다른 중요한 용어가 C-Rate라는 것입니다. C-rate는 배터리가 있을 때 배터리가 가진 에너지를 1시간 동안 지속적으로 밖으로 뽑아낼 수 있는 전류의 양을 C-rate라고 합니다. 예를 들자면 5 ampmp-hrs 용량의 배터리라고 한다면 이 배터리의 에너지 양은 5 Amp의 에너지를 1시간에 걸쳐 낼 수 있는 양이라는 것을 표시하고 있기 때문에 1C가 5 Amp가 됩니다. 이때 이런 5 Amp를 1C로 가지고 있는 배터리의 경우 출력을 5C로 하게 되면 그것의 5배가 되는 25 Amp의 전류를 통과시켜 주는 것이 됩니다. 그래서 기본적인 용량은 C-rate로 표시하지만 배터리 종류에 따라 1C, 2C, 3C 등의 형태로 더욱 많은 전류를 만들어낼 수 있습니다. 

 

 

충전율과 방전율, SOC, DOD

SOC와 DOD라는 용어가 있습니다. DOD는 depth of discharge이고 SOC는 State of Charge입니다. 배터리 최대 용량에 대비하여 충전율을 의미하는 것이 SOC이고 방전율을 의미하는 것이 DOD입니다. SOC와 DOD는 서로 반대되는 의미를 가지고 있습니다. SOC는 엔진차의 경우로 비교해보자면 연료 탱크에 남아있는 연료의 양을 의미하는 것이며, 전기차는 SOC를 얼마나 정확하게 예측할 수 있느냐가 매우 중요한 일입니다. 

 

 

배터리 전압과 관련된 용어, 개루프 전압과 종단 전압

전압과 관련된 용어도 전기차의 배터리를 말할 때 중요하게 사용이 되는데, 기본적으로 배터리는 전압을 주는 장치이며 배터리를 부하에 연결할 때와 연결을 하지 않고 배터리 자체로서의 전압이 조금 다릅니다. 종단 전압은 부하가 연결된 상태의 전압을 의미하며 개루프 전압은 부하를 연결하지 않은 상태의 전압을 의미합니다. 일반적으로 개루프 전압이 종단 전압보다 높게 측정됩니다. 따라서 배터리에 부하를 연결하여 전류를 보내면 전압의 출력이 조금 떨어지게 되는데, 이때 떨어지는 정도가 내부 저항이라 해석을 하게 됩니다. 개루프 전압에 비해 종단 전압이 낮아지는 이유도 배터리 내부저항에 의한 것이라고 생각하면 됩니다. 

 

 

전기차 배터리 관련 용어 최종 정리

전기차의 배터리를 살펴볼 때 알고 있어야 하는 용어들에 대해 정리를 해보았습니다. 먼저 화학 에너지와 전기에너지의 양방향 전환이 가능한 전지를 의미하는 2차 전지에 대해 알아보았고, 배터리 구성품 중 가장 작은 단위를 나타내는 셀과 셀이 병렬 또는 직렬로 연결된 모듈에 대해 정리했습니다. 또한 모듈 여러 개를 병렬과 직렬로 연결하여 최종 사용 시 요구되는 전류와 전압의 용량으로 맞춘 배터리 팩과 C-rate의 개념에 대해서도 정리했습니다. 배터리 방전율과 충전율을 의미하는 DOD와 SOC, 그리고 전압과 관련된 개루프 전압과 종단 전압에 대해 알아보았습니다.