배터리의 역할과 기능은 대량의 전력을 안전하게 차량에 탑재하는 것입니다. Electric Vehicle에서 ICE(내연기관) 차와 동등 이상의 주행거리를 확보하기 위해서는 대량의 전력을 충전할 수 있는 Battery 장치가 필수입니다. 기본적으로는 전지 집합체에 불과하지만, 안전성을 확보하기 위해 다양한 기술이 접목되어 있습니다.
1. 정션 박스 (Battery Junction Box)
배터리 장치 내의 모든 배선을 한 곳에 모아둔 상태에서 입출력 단자로 배분하는 단자 박스입니다. 고압퓨즈나 차단기 등의 안전장치 외에, 배터리 장치로 출입하는 전력량을 모니터링하기 위해서 관통형 전류 센서가 들어가는 경우도 많습니다. 고전압 계통뿐만 아니라 제어용 통신(주로 CAN)에 이용되는 약전게 하네스나 커플러 그리고 컨트롤러 같은 부품도 들어가기 때문에 관문 같은 역할을 합니다.
2. 고전압 커넥터 (High Voltage Connector)
트랙션 인버터나 Onboard Charger 등을 배터리 장치에 접속하기 위한 단자입니다. 고전압을 취급하기 때문에 규격으로 정한 경고색인 오렌지색으로 되어 있으며, 침수 시에도 안전한 방수 구조입니다. 그 안에는 모터 인버터용, 옆의 2개가 충전용으로 Onboard Charger를 매개로 충전 Port로 이어집니다. 뒤쪽으로 끝부분만 보이는 것이 Rear Motor(2개)입니다.
3. 배터리 관리 시스템 (Battery Management System)
배터리 관리 시스템은 현재 Electric Vehicle에 필수적으로 사용되는 Li-ion Battery의 열화를 최소한으로 억제하면서, 용량이나 출력 성능을 최대한 끌어내기 위한 핵심 시스템입니다. SOC(State of Charge, 충전상태)나 SOH(State of Health, 열화상태)를 셀 단위로 항상 감시해 유닛에 출입하는 전력을 제어합니다. 특히 중요한 것이 전압과 온도로서, 절대치뿐만 아니라 변화 과정 등도 파악하면서 SOC/SOH를 높은 정확도로 추정합니다.
4. 배터리 케이스 (Battery Case)
Electric Vehicle에는 높은 에너지밀도를 가진 Li-ion Battery를 대량으로 탑재해야만 하지만, Battery는 "연료탱크"인 동시에 "반응 원자로"로서의 측면도 있습니다. 그 때문에 만에 하나 충돌로 인해서 Battery Cell에 변형이 생겨서 쇼트 상태라도 발생하면 스위치를 끌 수도 없는 통제불능의 폭주상태를 일으킬 수밖에 없습니다. Battery Case는 그런 일이 일어나지 않도록 튼튼한 구조로 Battery를 확실하게 보호합니다. 또 다른 보완책으로 각 메이커마다 에어백 기술을 응용한 전류 차단기를 개발하고 있습니다. 충동할 때 고전압을 순식간에 차단하기 위해서, ABS 장치 등과 연계해 화약 폭발력으로 피스톤을 움직임으로써 배선을 파손시키는 기술입니다.
5. 버스바 (Busbar)
고전압 대전류를 안전하게 다루기 위한 배선의 일종입니다. 전류가 크면 유로에 큰 단면적이 필요한데, 일반적인 하네스를 이용하면 굵어져도 무게도 늘어나고, 특히 자동차 같은 이동 물체에서는 진동 대책이 필수적이다. 그래서 Battery 내부 모듈 사이 등과 같이 위치 관계에 변화가 없는, 즉 움직이지 못하는 장소에는 동이 나 알루미늄 또는 스틸 등의 판재로 이루어진 버스바를 이용합니다.
6. 배터리 셀 (Battery Cell)
Battery의 최소단위인 소형 전지입니다. 수백 볼트의 Electric Vehicle에 사용하는 고전압은 불과 3.7V Li-ion Cell을 직렬로 접속해서 얻을 수 있습니다. 용량 확보와 경량화가 중요하기 때문에 Electric Vehicle에서는 래미네이트형 Cell이 많지만, 일부에서는 각형이나 건전지 같은 원형 Package Cell도 이용합니다.
7. 배터리 모듈 (Battery Module)
일정한 수의 Battery를 모아서 Case나 Cage에 넣은 것 특히 "유연한" 래미네이트형 Cell은 Case안의 정해진 위치에 확실히 정렬시켜서 고정합니다. 단자를 빼내는 역할을 갖지만 조립이나 배선 상태로 인한 부분도 커서, Battery Case 안에 또 다른 Case를 넣은 구조는 Battery 장치로서의 에너지 밀도와 중량에 있어서 유리한 요소가 아니기 때문에 근래에는 이것을 없애는 움직임도 나타나고 있습니다.
8. 냉각 시스템 (Cooling System)
전류를 전달하는 과정에서는 반드시 줄열이 발생하므로 충/방전에 상관없이 배터리를 사용하면 발열이 일어납니다. 화학반응을 이용하는 배터리에서 온도는 성능이나 수명에 큰 영향을 끼치기 때문에 온도는 중요한 제어 요소 가운데 하나입니다. 그래서 수랭식 냉각 Plate를 배터리 장치 바닥에 까는 등의 방법을 사용합니다. 근래에는 대출력 화나 전류의 급속화에 다른 열에 대응하기 위해서 Chiller(칠러, 에어컨과 같이 냉동 사이클을 이용한 냉각기)를 이용하는 사례도 늘고 있습니다.
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