2014 제네바 모터쇼: 기아 쏘울 EV, 첨단 배터리 팩 탑재

기아 쏘울 EV에는 SK이노베이션이 공급하는 리튬이온 폴리머 배터리 셀을 적용한 첨단 파워팩이 탑재된다. 업계 최고 수준의 에너지 밀도 200Wh/kg을 자랑하는 이 배터리 팩은 기아자동차와 SK이노베이션이 한국에서 3년간 공동 개발한 결과물이다.

기아의 엔지니어들은 192개의 리튬이온 폴리머 배터리 셀을 8개의 모듈로 구성해 총 27kWh의 출력을 내는 뛰어난 파워팩을 개발했다. 이 팩은 각 셀을 최적 온도로 유지하는 최첨단 열 제어 기술과 충돌 안전성을 높이는 구조 설계를 적용했다.

쏘울 EV의 배터리 셀 양산에는 니켈이 풍부한 NCM(니켈-코발트-망간) 양극재가 사용된다. 양극재 성능에 좌우되는 에너지 밀도는 EV 주행거리를 결정하는 핵심 요소다. 업계 최고 수준의 에너지 밀도를 활용해 쏘울 EV는 1회 충전으로 약 200km를 주행할 수 있다.

높은 에너지 밀도를 유지하면서 안전성과 수명 등 다양한 성능 요구를 충족하기 위해 고성능 전해질 첨가제와 음극재도 함께 개발됐다.

또한 기아 쏘울 EV의 배터리 셀에는 특수 안전 및 보호 세퍼레이터가 사용된다. 세퍼레이터는 배터리의 안전성과 충·방전 속도를 결정한다. 열 저항성이 개선돼 셀 온도가 비정상적으로 상승해도 세퍼레이터가 수축하는 것을 방지함으로써 열이나 화재로부터 셀을 보호한다.

낮은 전기 저항의 배터리 셀, 적절한 배터리 시스템 열 제어, 정확한 충전 상태 계산이 충전 성능을 향상시켜 25분(100kW DC) 또는 33분(50kW DC)의 뛰어난 급속 충전 시간을 구현한다. 전원에 따라 완전 충전에는 최대 5시간(6.6kW AC)이 소요된다.

쏘울 EV에 사용된 전해질 첨가제는 저온과 고온 모두에서 배터리 성능 저하를 방지해 배터리 사용 온도 범위를 넓히고 날씨에 따른 주행거리 변동을 줄여준다.

추운 날씨는 배터리에 치명적이지만, 쏘울 EV는 배터리 히팅 시스템을 갖춰 차량을 전원에 연결한 상태에서 주행 전 배터리를 예열한다. 이를 통해 외부 온도와 관계없이 최적의 배터리 성능을 유지할 수 있다.

최대의 '능동 안전'을 위해 배터리 모듈에는 과충전 보호 장치가 장착돼 과충전으로 인해 배터리 셀이 팽창하는 현상이 발생하면 고전압 회로를 차단한다.

양극재의 형상 제어 및 표면 코팅, 음극재 표면 코팅, 전해질 첨가제에 사용된 원료 최적화와 세퍼레이터의 뛰어난 기계적 강도는 업계 최고 수준의 내구성과 셀 안전성을 보장한다.

배터리 배경 지식

리튬이온 배터리는 전력을 화학 에너지로 저장했다가 필요할 때 사용하는 충전식 배터리다. 리튬 이온은 충전 시 양극에서 음극으로, 방전 시 음극에서 양극으로 이동한다. 전해질은 리튬 이온 이동을 위한 매개체 역할을 하며, 세퍼레이터는 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 역할을 한다.

일반적으로 양극은 무거운 산화물로 구성돼 가벼운 탄소로 구성된 음극보다 무게당 저장할 수 있는 전기량이 적다. 배터리 팩의 에너지 밀도(에너지 대 무게)를 높이려면 양극과 음극 간 전기량 균형을 맞춰야 하므로 양극이 저장하는 전기량을 늘리는 것이 중요하다.

리튬이온 폴리머 배터리는 포장 재료로 '파우치 필름'을 사용하는 배터리 유형의 통칭이다. 리튬이온 배터리는 금속 캔을 포장 재료로 사용하는 배터리 유형을 가리킨다.

리튬이온 폴리머 배터리(일반 리튬이온 배터리 대비)의 장점은 단순한 셀 구조(부품 수 감소)로 인한 효율성 향상, 저렴한 비용, 우수한 열 확산 및 내부 압력 제어로 인한 안전성 및 신뢰성 향상, 다양한 용량과 형태로 제조가 용이하다는 점 등이다.