전기차 배터리 수명, 충전, 폐기, 교체비용

□ 전기차 배터리 작동원리

  내연 기관 자동차가 휘발유 또는 디젤을 연소하여 에너지를 얻는 반면, 전기 자동차는 큰 배터리 팩에서 직접 동력을 얻습니다.

 

  이것은 휴대폰에 있는 리튬 이온(Li-ion) 배터리의 확장 버전과 매우 유사합니다. EV는 전화와 같은 단일 배터리를 사용하지 않고 대신 수천 개의 개별 리튬 이온으로 구성된 팩을 사용합니다. 이온 셀이 함께 작동합니다. 자동차가 충전될 때 전기는 배터리 내부에서 화학적 변화를 일으키는 데 사용됩니다. 도로에 있을 때 이러한 변화는 역전되어 전기를 생산합니다.

 

 ① 전기차 배터리 기술

  EV 배터리는 주행할 때 발생하는 '방전'과 자동차에 전원이 연결되어 있을 때 '충전'의 주기를 거칩니다. 시간이 지남에 따라 이 과정을 반복하면 배터리가 보유할 수 있는 충전량에 영향을 줍니다. 이렇게 하면 충전하는 각 과정 사이에 필요한 범위와 시간이 줄어듭니다. 대부분의 제조업체는 배터리에 대해 5년에서 8년 보증을 제공합니다. 그러나 현재 예측에 따르면 전기차 배터리는 교체해야 할 때까지 10~20년 동안 지속됩니다.

 

  배터리와 자동차의 전기 모터가 함께 작동하는 방식은 놀라울 정도로 간단합니다. 배터리는 바퀴를 구동하는 하나 이상의 전기 모터에 연결됩니다. 가속 페달을 밟으면 자동차가 즉시 모터에 전력을 공급하고 모터는 배터리에 저장된 에너지를 점차적으로 소모합니다.

 

  전기 모터는 발전기 역할도 하므로 스로틀에서 발을 떼면 차가 앞으로 나아가는 움직임을 다시 전기로 변환하여 속도가 느려지기 시작합니다. 이는 브레이크를 밟으면 더 강력하게 발생합니다. 이 회생 제동은 손실되었을 에너지를 다시 배터리에 저장하여 차량의 주행 거리를 향상시킵니다.

 

 ② 전기차 배터리 리튬이온

  리튬 이온(Li-ion) 배터리는 전기 자동차 및 여러 휴대용 전자 제품에 사용되는 충전식 배터리 유형입니다. 리튬 이온 배터리는 일반적인 납산 또는 니켈 카드뮴 충전식 배터리보다 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 이는 배터리 제조업체가 공간을 절약하여 배터리 팩의 전체 크기를 줄일 수 있음을 의미합니다.

 

  리튬은 또한 모든 금속 중에서 가장 가볍습니다. 그러나 리튬 이온(Li-ion) 배터리에는 리튬 금속이 포함되어 있지 않고 이온이 포함되어 있습니다. 여기서 이온은 하나 이상의 전자를 잃거나 얻음으로써 전하를 띤 원자 또는 분자를 뜻합니다.

 

  리튬 이온 배터리는 또한 많은 대안보다 더 안전하며 배터리 제조업체는 드물게 배터리 고장이 발생할 경우 소비자를 보호할 수 있는 안전 조치를 취해야 합니다. 예를 들어, 제조업체는 짧은 시간 동안 반복되는 급속 충전 세션 동안 배터리를 보호하기 위해 전기 자동차에 충전 보호 장치를 장착합니다.

 

□ 전기차 배터리 수명

  전기 자동차의 배터리는 수년간 지속되는 검증된 기술입니다. 전기차 제조사들이 이를 보증합니다. Nissan은 전기 자동차 배터리가 8년 또는 100,000마일을 지속할 것이라고 보증하고 Tesla도 유사한 보증을 제공합니다.

 

  휴대전화의 배터리가 불과 몇 년 후에 닳기 시작하면 놀라운 것처럼 보일 수 있지만 그 기간 동안에는 수백 번 완전히 충전되고 방전될 수 있습니다. 소위 충전 주기라고 하는 각각의 주기는 배터리 수명에 포함됩니다. 전체 주기가 500회 정도 지나면 스마트폰의 리튬 이온 배터리는 새 배터리 용량의 상당 부분을 잃기 시작합니다.

 

  휴대전화에서는 괜찮을지 모르지만 수천 마일을 지속하도록 설계된 자동차에는 충분하지 않으므로 EV 제조업체는 전기 자동차 배터리를 더 오래 지속시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. EV에서 배터리는 '버퍼링(buffered)'됩니다. 즉, 운전자가 저장한 전력의 전체 양을 사용할 수 없어 배터리가 통과하는 사이클 수를 줄일 수 있습니다. 이는 똑똑한 냉각 시스템과 같은 다른 기술과 함께 전기 자동차 배터리가 수년 동안 문제없이 사용할 수 있음을 의미합니다.

 

  사실, 전기 자동차 배터리의 수명을 유지하기 위해 제조업체는 시간이 지남에 따라 성능 저하를 보상할 추가 여유 용량이 있는지 확인합니다. 따라서 전기 자동차가 노후화되고 배터리가 사이클링 됨에 따라 추가 예비 용량이 소진됩니다. 이를 통해 배터리 수명 동안 차량의 범위를 동일하게 유지할 수 있습니다. 배터리 용량이 80% 미만으로 떨어지면 운전자는 배터리 범위와 성능이 떨어지는 것을 느끼기 시작할 수 있습니다.

 

□ 전기차 배터리 교체비용

  많은 제조업체가 최대 8년 또는 100,000마일의 보증을 제공하므로 전기 자동차 배터리를 교체할 때 너무 걱정할 필요가 없습니다. 즉, 최악의 상황에서 문제가 발생하여 교체해야 하는 경우에도 이 보증이 적용됩니다. 선택한 전기 자동차 제조업체에서 제공하는 보증 유형을 항상 확인하십시오.

 

  또한 McKinsey에 따르면 배터리 비용은 2010년에서 2016년 사이에 $1000에서 $227/kWh로 약 80% 하락했습니다. 따라서 2016년에 새로운 40kWh 배터리의 가격은 £10,000에 불과했습니다. 일부 예측에 따르면 영국에서 판매되는 모든 신차의 50%가 전기차가 될 것이라는 정부의 목표와 거의 비슷한 시기에 가격이 2030년까지 kWh당 100달러 아래로 떨어질 것으로 예상됩니다.

 

□ 전기차 배터리 재활용

  많은 제조업체들이 EV 배터리를 어떻게 재활용할 수 있는지 연구하고 있습니다. 잘 작동하는 것으로 입증된 한 가지 아이디어는 가정과 건물에 전력을 공급하기 위해 EV 배터리의 용도를 변경하는 것입니다. 그러나 EV 배터리가 더 이상 재활용할 수 없게 되면 어떻게 되는지에 대한 확실한 답은 없습니다.

 

  배터리가 EV에서 보내는 시간은 종종 사용 수명의 시작에 불과합니다. 일단 자동차에서 제거된 대부분의 배터리는 전력 네트워크의 에너지 저장 또는 수요 증가 영역인 가정에서의 에너지 저장과 같은 다른 까다로운 작업에 여전히 적합합니다.

 

  배터리가 수명을 다하면 재활용되며 일반적으로 코발트 및 리튬 염, 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄 및 플라스틱과 같은 귀중한 재료를 분리합니다. 현재 EV 배터리 팩의 재료 중 약 절반만 재활용되지만 향후 10년 정도는 EV의 인기가 폭발적으로 증가할 것으로 예상되므로 자동차 제조업체는 이를 개선하기 위해 노력하고 있습니다.

 

  폭스바겐은 최근 배터리 부품의 97%를 재활용한다는 목표를 달성하기 위한 배터리 재활용 파일럿 공장을 발표했습니다. 이 과정에서 배터리는 분해하여 말린 다음 새 배터리를 만드는 데 사용할 수 있는 귀중한 재료를 회수합니다.

 

  EV 배터리는 자동차에 동력을 공급하는 수명이 끝나면 공장과 가정의 에너지 사이클에 다시 공급될 수 있습니다. EV 배터리의 용도를 변경하면 재활용을 위한 폐쇄 루프 시스템이 생성될 수 있습니다. 이는 배터리를 생산하는 공장이 차량에 전력을 공급하는 수명이 다하면 용도 변경 배터리를 사용하여 결국 전력을 공급할 수 있다는 것을 의미합니다.

 

  대형 자동차 제조업체는 이미 다른 분야에서 EV 배터리를 재활용하기 시작했습니다. 예를 들어 Nissan은 은퇴한 EV 배터리를 사용하여 Ajax Football Club이 있는 세계적으로 유명한 엔터테인먼트 장소인 Amsterdam Arena에 백업 전원을 제공할 계획입니다.

 

  Toyota는 또한 가까운 장래에 일본의 편의점 외부에 폐 배터리를 설치할 계획입니다. 배터리는 태양 전지판에서 생성된 전력을 저장하는 데 사용됩니다. 저장된 에너지는 음료 냉장고, 식품 워머 및 매장 내 신선 식품 카운터의 전력을 지원하는 데 사용됩니다.

 

  Renault는 또한 Renault Zoe EV의 EV 배터리가 가정용 에너지 배터리 저장 시스템인 Powervault에 전력을 생성하기 위해 용도가 변경될 것이라고 발표했습니다.

 

  이러한 기회가 더 많이 발생하면 EV 너머의 삶이 분명히 있을 것입니다. 배터리가 전기 자동차에 전력을 공급하는 작업을 마치면 가정과 기업에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있습니다.

 

□ 전기차 배터리 폐기

  그렇다면 전기차 배터리가 죽으면 어떻게 될까요? 모든 형태의 배터리는 환경에 해를 끼치지 않고 폐기하기 어려울 수 있습니다. 전기차 배터리도 마찬가지입니다. 그러나 EV 배터리 수명 주기 관리는 배터리의 비싸고 유독한 폐기 문제를 해결하는 방향으로 작동합니다.

 

  재생 에너지 사용을 지원하는 데 사용될 뿐만 아니라 EV 배터리는 미래에 더 많은 차량에 전력을 공급하기 위해 재생산될 수 있습니다. Volkswagen Group은 배터리의 품질을 평가하여 배터리의 미래를 결정하는 재활용 프로젝트를 시작할 계획입니다. 조금 남은 배터리는 모바일 차량 충전용 파워팩으로 제2의 생명을 얻게 됩니다. 줄 것이 거의 없는 나머지는 고운 가루로 갈아서 리튬, 니켈, 망간, 리튬과 같은 원료를 추출합니다. 그런 다음 재료를 더 많은 EV 배터리로 재구성할 수 있습니다.

 

□ 전기차 배터리 충전

 ① 한 번 충전하면 어디까지 갈 수 있나요?

  기존 자동차의 연료탱크가 크거나 작듯이 전기차용 리튬이온 배터리는 크기가 다양합니다. 연료 리터가 아니라 용량이 킬로와트시(kWh)로 측정됩니다. 주류 전기 자동차의 일반적인 40kWh 배터리 팩은 150마일 이상 동안 전력을 공급하기에 충분할 수 있지만 Tesla의 가장 큰 100kWh 배터리는 WLTP 표준에 따라 375마일에 적합합니다.

 

  WLTP는 2017년에 발효된 Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure의 약어이며 승용차의 연료 소비, CO2 수준 및 기타 오염 물질 배출을 측정하기 위해 설정되었습니다.

 

  전기 요금에서 킬로와트시를 알 수 있습니다. 이는 업계 표준 충전 장치입니다. 40kWh 배터리는 일반 가정에 4일 동안 전력을 공급할 수 있는 충분한 에너지를 보유합니다!

 

 ② 전기차 배터리는 어떻게 충전하나요?

  지정된 EV 충전 소켓에서 가장 빠르게 충전할 수 있습니다. 이들은 약 3kW에서 최대 약 50kW(Tesla의 과급기 네트워크에서 120kW)까지 kW로 평가됩니다. 등급이 높을수록 EV의 범위가 더 빨리 복구됩니다.

 

  가정이나 직장에서 가장 일반적으로 사용되는 충전기는 6~12시간 만에 EV를 충전할 수 있는 3kW '저속' 충전기 또는 7kW '고속' 충전기입니다. 공공 충전소에서 제공하는 것은 일반적으로 정격이 최대 22kW인 고속 충전기이거나 최대 50kW를 제공할 수 있는 '급속' 충전기입니다. 가장 빠른 공공 충전소는 1시간 이내에 최대 80%까지 충전할 수 있습니다. 마지막 20%는 일반적으로 약간 느립니다. 이는 배터리가 완전히 충전될 때 배터리가 손상되는 것을 방지하기 위함입니다.

 

  지정된 충전 지점이 없는 경우 13암페어 가정용 플러그 소켓으로 전기 자동차를 충전할 수 있지만 매우 느릴 수 있습니다. 충전은 장기간에 걸쳐 많은 전력을 필요로 하기 때문에 과열 또는 화재의 위험이 있을 수 있으므로 반드시 해야 하는 경우 전기 기술자에게 소켓과 배선을 먼저 검사해야 합니다.

 

 ③ 전기차 배터리는 얼마나 안전한가요?

  전기 자동차용 배터리 제조업체는 과열 및 기타 문제를 방지하기 위해 스마트 관리 시스템을 장착하고 EV 배터리가 안전한지 확인하기 위해 많은 노력을 기울입니다. 배터리는 충전 및 방전될 때 따뜻해지지만 자동차는 냉각 상태를 유지하도록 설계되었습니다. 고성능 EV에는 때때로 도움이 되는 액체 냉각 시스템이 있습니다.

 

  그럼에도 불구하고 일부 전기차에 불이 붙는 사례가 있었지만, 이러한 사고 중 배터리 고장으로 인한 사고는 극히 드뭅니다. 2013년 Tesla Model S의 경우 고속으로 큰 금속 조각에 부딪힌 경우와 같이 차량에 불이 붙을 수 있는 사고나 사건이 더 일반적입니다. 제한된 화재로 이어진 이 사건에 대해 Tesla CEO Elon Musk는 EV 배터리에 연료가 가득 찬 탱크 에너지의 약 10분의 1만 포함되어 있어 사고 시 위험을 제한한다고 지적했습니다.

 

  사실, 미국 고속도로 교통 안전국(National Highway Traffic Safety Administration)의 2017년 연구에 따르면 리튬 이온 배터리의 화재 가능성과 심각성은 기존 차량과 비슷하거나 약간 적습니다. 더 많은 전기 자동차가 도로를 운행함에 따라 그들이 대체하는 기존 자동차만큼 안전하다고 점점 더 확신할 수 있게 되었습니다.