나는 2차전지의 열관리를 주로 하는 기업들에 관심이 많다. 전기차의 핵심은 배터리가 맞고, 배터리의 핵심은 온도이기 때문이지. 전기차의 플랫폼도 중요하지만 배터리 성능과 주행거리를 위해서는 왜 배터리의 열관리가 굉장히 중요함.
배터리의 충전과 방전 (2차 전지)
요즘 2차전지 제작사들의 홈페이지에 가면 배터리 관련된 기본 정보가 굉장히 잘 정리되어 있다. 하지만 이과생이 아니라면 이해하는게 좀 어렵지 않을까.. 전해질이라던가 분리막이라던가 원소라던가 화학기호라던가 기율표를 아는 이과에서는 무척 기본적인 단어들이긴 한데.. 사실 그정도의 깊이있는 지식이 필요할까 싶기도 하다. 배터리의 구동 원리를 전문적인 전기화학 거동으로 설명하자면 굉장히 이해하기 어려울 것.. 이온이 무엇인가 부터 시작해야하는데, 전자의 이동을 설명하는 것도 어렵고?
간단하게 원리만 설명하자면 배터리의 전기는 리튬 이온이 전극을 이동하면서 발생한다. 이온은 원자에서 전자를 잃은 상태를 의미하는데, 리튬 이온은 전자를 잃으면 전기적으로 (+)극성을 띈다. 자석의 S극과 N극 처럼 전기의 (+)극과 (-)극은 서로 인력이 작용하기 때문에 리튬이온이 주입 전기에 의해 배터리의 양극재와 음극재 사이를 이동할 수 있게 된다.
리튬이온이 전해질을 통해 분리막을 건더 음극으로 이동하면서 배터리는 충전된다. 이동한 리튬이온 배터리는 음극에 머물게 되고, 이동이 가능한 대부분의 리튬 이온이 음극에 머무르게 되면 충전이 끝난다. 배터리를 소모하기 위해서는 리튬이온이 양극으로 이동하면서 전기가 발생해야 한다. 이렇게 음극에서 양극으로 이동하는 리튬이온이 소진되면 배터리는 방전되게 된다.
리튬은 배터리의 양극재에 들어 있다. 그래서 양극재 회사들이 리튬 공급에 민감하고 양극재 가격도 리튬 가격에 연동되는 경향을 보인다. 리튬 외에도 양극재 재료 중 고가인 코발트나 니켈 등도 양극재 가격에 영향을 줄 수 있다. 양극재의 종류는 배터리 이름을 결정한다. 우리나라는 주로 3원계 양극재를 생산하고, 3원계 양극재가 기술적으로 제작이 어렵고 가격도 비싸다.
배터리 작동 온도의 중요성
배터리의 작동 온도가 중요한 이유는 배터리의 사용시 리튬 이온의 이동이 온도에 영향을 받기 때문이다. 리튬 이온의 이동속도와 확률과 온도의 관계로 표현할 수 있는데, 수식은 어려우니 실험 데이터로 정성적으로 비교해 보자. 논문의 실험 방법 및 배터리 종류등은 무시하고 (온도와 배터리 작동 효율의 관계는 이미 일반적인 사실로 알려져 있으니) 결과 그래프로만 비교해 본다.
그래프에서 y 축의 SOC는 state of charge, 배터리 잔량을 의미한다. 100% 충전 상태의 배터리를 초기에 사용하였음을 알 수 있다. 동일 조건으로 주행하는 전기차에서 배터리 온도를 임의로 조절했을 때 배터리 온도에 따라 자동차 주행 지속 시간이 다르게 나타난다.가장 긴 시간 주행할 수 있었던 것은 배터리 온도를 상온 25도로 유지한 차량이었고, 가장 짧은 시간 주행한 차량은 배터리 온도를 영하 20도로 유지한 케이스 였다. 두 차량의 주행시간 차이는 최대 10000s 였다. 45도 유지시 25도 유지한 경우와 유사한 지속시간을 보였으나, 25도 대비 소량 감소했다.이를보면 낮은 온도에 주행시 주행거리가 감소할 수 있다는 사실을 알 수 있다.
또 다른 논문에서 출처한 A의 그래프를 보면, 배터리 온도가 다를 때 반복적으로 충전과 방전을 실시하여 배터리 수명을 확인 한 결과이다. 온도가 높은 환경에서 배터리의 다회 충방전시 배터리 용량이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이 논문에서도 상온의 온도가 가장 적절한 배터리 성능을 유지 할 수 있다고 설명하고 있다.
배터리 온도 관리 시스템
자동차 회사들은 전기차 배터리 열관리를 위해 많은 노력을 하고 있다.
보통 2차전지 배터리는 팩과 모듈형태로 전기차에 적용되는데, 단순히 배터리를 나열하는게 아니라 나열하는 사이사이 방열판이나 냉각 시스템을 함께 구성한다. 배터리 팩의 하우징이 방열판 역할을 하기도 한다. 이러한 시스템을 적용하여 자연환경에서 배터리가 고온이나 저온에서 구동되는것을 막고 일정한 출력과 성능을 유지할 수 있도록 한다.
여담이지만 우리나라처럼 4계절이 뚜렷한 나라가 가장 배터리 쓰기 어려운 나라이기도 하다고 한다. 더운나라는 쿨러를 추운나라는 히터를 쓰면 되는데 우리나라는 둘다 필요함// 그래서 우리나라가 배터리를 잘 만드나 시장 테스트 조건이 워낙 까다로워야지...
그럼 오늘은 여기까지 끝.
포스팅 했던 전기차 열관리 시스템 관련 회사들은 아래에 링크로 걸어본다.
필요하신 분들은 참고하시라~
내가 아는 기업은 한온시스템, 인지컨트롤러스, 서진시스템 등이 있고, 소재 기업으로는 나노팀이 있다.
현재는앞으로 천천히 포스팅을 늘려갈 예정임
https://mongsangga77.tistory.com/28
전기차 배터리 공조 시스템 관련- 한온시스템
2021년 남들보다 한발 빠르게 배터리 주식대신 포트에 담았던 이녀석.. 2년째 수면아래서 꾸물대고 있음..ㅜ 중요한 기술이고, 국내에서 손꼽히는 업체라서 앞으로 잘될거라 생각하지만, 포트에
mongsangga77.tistory.com
'투자종목공부하기 > 국내-2차전지-화학' 카테고리의 다른 글
| 기업리포트 공부하기 - 천보 (23. 04. 11. 유안타 증권) (0) | 2023.06.10 |
|---|---|
| 배터리 열관리 소재 국산화 기업 - 나노팀 (2) | 2023.06.02 |
| 대보마그네틱 2023년 1분기 실적 발표 - 적자전환 충격 (0) | 2023.05.31 |
| 성일하이텍 - 배터리 재활용/리사이클링 관련주 (2) | 2023.05.24 |
| #대보마그네틱 증권사 보고서 살펴 보기 (0) | 2023.05.18 |
