전기차 안전·주행거리 지키는 배터리 열관리 시스템

IT동아

2024.03.14 21:31:14

조회 371 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	SNS로 싸우면 절대 안 질 것 같은 고집 있는 스타는?	운영자	24/05/06	-	-
3624	[KESIA 시드팁스] 전기화학 기반 이산화탄소 포집 기술 개발하는 ‘비욘드캡처’	IT동아	03.28	131	0
3623	비트코인 상승세에 가상자산 사기 기승, 주의 사항은?	IT동아	03.28	694	0
3622	인텔, AI PC 가속화 프로그램 확대··· '하드웨어 지원도 추가' [1]	IT동아	03.28	578	0
3621	수리비 비싸서, 모델 적어서…국내 폴더블폰 시장 ‘주춤’ [7]	IT동아	03.27	1109	3
3620	[IT애정남] 오래된 디지털 카메라, 제대로 된 제품 고르는 방법은?	IT동아	03.27	360	0
3619	벤틀리와 한국 현대미술의 만남…‘컨티넨탈 GT 코리아 에디션’	IT동아	03.27	209	0
3618	레노버, 인텔·MS와 손잡고 AI PC 시대 연다 [3]	IT동아	03.27	983	4
3617	‘NPU가 핵심’ 인텔ㆍAMD, 온-디바이스 AI 경쟁 본격화	IT동아	03.27	127	0
3616	레노버, 96 코어 품은 워크스테이션, ‘씽크스테이션 P8’ 출시	IT동아	03.26	141	0
3615	[EV 시대] 사용자 중심으로 진화하는 모빌리티	IT동아	03.26	123	0
3614	반독점법 피소된 애플... 왜 美 정부는 애플을 때릴까? [6]	IT동아	03.26	429	1
3612	[KESIA 시드팁스] 기술로 부동산 투자 대중화 꿈꾸는 스타트업 ‘원컵’	IT동아	03.26	128	0
3611	[2024 고려대 초창패] 마이허브 “마이링크를 이용하면 의료 AI 솔루션 도입이 수월합니다” [1]	IT동아	03.26	858	1
3610	인공지능 PC의 완성은 그래픽카드? ‘전원공급장치’도 신중히 골라야 [7]	IT동아	03.26	589	1
3609	삼성전자, 필터 값 안 드는 공기청정기 출시, 성능과 디자인은 그대로?	IT동아	03.25	213	0
3608	"지금 내 혈당은 얼마?"…카카오가 만든 AI 혈당 관리 앱 써보니 [1]	IT동아	03.25	259	0
3607	NHN클라우드, 2.0 전략으로 'AI 주권' 발판 마련한다	IT동아	03.25	112	0
3606	[리뷰] 청소 설정과 급수·배수까지 자동, 나르왈 프레오 X 울트라	IT동아	03.25	103	0
3605	[스타트업 법률실무] 기고를 마치며	IT동아	03.25	113	0
3604	[주간투자동향] 알고케어, 150억 원 규모 시리즈A 투자 유치	IT동아	03.25	181	0
3603	스마트폰으로 봄 꽃 사진 잘 찍으려면? [이럴땐 이렇게!]	IT동아	03.25	954	8
3602	[생성 AI 길라잡이] 갤럭시 AI 활용하기 - '노트 어시스트' [5]	IT동아	03.23	5929	6
3601	[2024 고려대 초창패] 이민우 퀀텀유니버스 대표 “확장형 콘텐츠를 넘어 새로운 가치를 만들 것”	IT동아	03.22	120	0
3600	차트분석 도구 ‘트레이딩뷰’ 파고들기 - 3	IT동아	03.22	137	0
3599	[농업이 IT(잇)다] '드론·자동농약배합기'로 농작물 관리 효율 높이는 ‘아쎄따’	IT동아	03.22	124	0
3598	[뉴스줌인] 미니 각 티슈 크기의 ‘LG 시네빔 큐브’ 프로젝터, 쓸 만할까?	IT동아	03.22	131	0
3597	[2024 고려대 초창패] 아이젠텍 “40분 만에 결과 나오는 PCR 검사, 국내 기술로 가능합니다”	IT동아	03.22	983	0
3596	클라우드 입지 구축한 오라클, 다음은 목표는 AI	IT동아	03.21	122	0
3595	‘기존 제품의 특징을 다듬어 확대했다’ 한미마이크로닉스 2024년 신제품 발표	IT동아	03.21	133	0
3594	[자동차 디자人] 폭스바겐 브랜드 디자인 총괄 ‘안드레아스 민트’ [1]	IT동아	03.21	578	1
3593	스마트 상권으로 거듭나는 춘천 원도심, ‘봄나들거리 축제’ 눈길	IT동아	03.21	116	0
3592	[리뷰] 13세대 코어 i5-1340P와 비교한 '인텔 코어 울트라 5 125H'	IT동아	03.21	278	0
3591	[스타트업-ing] 클레온 “AWS 인퍼런시아로 GPU 서버 비용 50% 줄였어요”	IT동아	03.21	127	0
3590	식량위기 극복할 대체식품 산업, 지자체와 푸드테크 기업이 손잡고 키운다 [7]	IT동아	03.21	1045	0
3589	‘어디서든 인공지능 가속 지원’ AMD 코리아, 인공지능 시장 청사진 제시	IT동아	03.20	118	0
3588	카카오벤처스 "비만 치료제 열풍, 스타트업에 새로운 기회" [1]	IT동아	03.20	455	0
3587	스타트업 혁신 지원하는 AWS ’AWS 유니콘데이’	IT동아	03.20	111	0
3586	[월간자동차] 24년 2월, 판매 1위 모델 국산 ‘쏘렌토’·수입 ‘BMW 5시리즈’	IT동아	03.20	875	2
3585	"AI로 고객 응대하고, 광고 문구 쓰세요"…SKT, AI 기반 B2B 사업 확대 박차	IT동아	03.20	106	0
3584	퀄컴, 경제성·효율 높인 '스냅드래곤 8s 3세대' 출시	IT동아	03.20	137	0
3583	[자동차와 法] 교통사고 과실비율에 대한 고찰	IT동아	03.19	106	0
3582	‘하드웨어+소프트웨어’ 플랫폼으로 인공지능 생태계 장악 노리는 엔비디아의 속내는? [1]	IT동아	03.19	455	0
3581	엔비디아 GTC 2024 개최, ‘블랙웰’과 ‘NIMS’로 인공지능 생태계 강화 나선다	IT동아	03.19	97	0
3580	'맞춤형 지원 패키지와 함께하는 창업' 엠디글로벌넷, 경기 신사업창업사관학교 참가자 모집	IT동아	03.19	95	0
3579	[2024 고려대 초창패] 번거로운 매출·배달 관리를 하나로 ‘올인원 포스’	IT동아	03.19	94	0
3578	[뉴스줌인] 최신 보급형폰, 6년 전 고급형폰, 뭐가 더 좋을까? [10]	IT동아	03.19	959	2
3577	[IT신상공개] 거리 맞춰 온도 조절하는 '다이슨 슈퍼소닉 뉴럴 헤어드라이어'	IT동아	03.19	216	0
3576	[IT강의실] 실물 자산을 가상자산으로 ‘RWA’ [2]	IT동아	03.19	796	0
3575	[KESIA 시드팁스] "멀지만 가까운 왕진, 똑똑의사로 모두가 누리게 할 것" [1]	IT동아	03.19	160	0
3574	가격대별 출시 예정 전기 SUV 살펴보니	IT동아	03.18	108	0