전기차 배터리 용어 개념[개방회로 전압, 전압 상한,하한 전압, 공칭값, 에너지 밀도]

개방회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)

 

개방회로 전압은 전지에 전류가 흐르지 않는 상태에서 측정되는 전압을 의미한다. 쉽게 말해, 회로가 끊어진 상태(개방회로)에서 전지의 양 단자 사이에 걸리는 전압으로, 이 개념은 전기회로에서 회로가 열려 있어 전류가 흐르지 않는 상태에서의 전압을 의미하는 "개방회로" 개념을 따서 이해하면 쉽다.

 

개방회로 전압은 배터리의 충전 상태(State of Charge, SOC)에 따라 변화한다. SOC가 높을수록, 즉 배터리가 충전된 상태일수록 개방회로 전압도 높아지며, 따라서 개방회로 전압은 무부하 상태의 배터리 전압으로 이해할 수 있다. 이는 외부에서 전류를 공급하거나 소비하지 않는 상태에서 전지를 평가하는 중요한 지표로 사용된다.

 

개방회로 전압은 측정되는 값이기 때문에 정확한 값을 추정하기 위해서는 충전 전압 곡선과 방전 전압 곡선을 분석해야 하는데 이 두 곡선의 평균을 통해 OCV 곡선을 얻을 수 있으며, 이는 배터리의 상태를 더욱 정확하게 평가하는 데 사용된다. 

전압 상한/하한 전압 (V Upper Cut-Off / V Lower Cut-Off)

 

상한 전압과 하한전압은 배터리를 과충전 및 과방전으로부터 보호하기 위해 설정된 한계 전압 값들이다. 배터리의 상용 용량(usable capacity)은 배터리 전압이 상한 전압과 하한 전압 사이에 있을 때의 에너지 용량을 의미하며, 이러한 한계 값들은 배터리의 안전성과 수명을 보장하기 위해 설계 단계에서 마진을 두어 설정된다.

 

상한 전압은 배터리가 완전히 충전되었을 때의 최대 전압을 의미하며, 이 값을 초과할 경우 배터리 내부의 전기화학반응이 비정상적으로 활성화되어 열 폭주(thermal runaway) 등의 위험이 발생할 수 있다. 반대로, 하한 전압은 배터리가 완전히 방전되었을 때의 최소 전압을 의미하며, 이 값을 초과하여 방전하면 배터리 내부 구조가 손상될 수 있다. 따라서, 상한 및 하한 전압은 배터리의 안정적이고 안전한 운용을 위해 반드시 고려되어야 하며 이를 위한 마진들 때문에 배터리를 100% 사용이 불가능하다.

공칭값 (Nominal Values)

 

공칭값이란 설비나 기기의 성능, 동작량 등에 대해 명목상으로 주어진 값이니다. 이는 실제 동작 조건에서의 값과는 다를 수 있으며, 실제 값은 사용 환경과 조건에 따라 변동될 수 있다. 공칭값은 일반적으로 설계 시 기준으로 사용되며, 명목상 또는 분류상의 값으로 이해할 수 있다. 배터리에서 공칭값은 크게 세 가지로 사용하며 이는 아래와 같다.

공칭 [정격] 용량 (Nominal Capacity)

공칭 용량은 제조사가 전지의 용량을 평가하여 제시하는 값으로, 이는 상온에서 0.5C의 방전율로 상한 전압에서 하한 전압까지 방전했을 때의 용량을 나타낸다. 이 값은 배터리의 용량을 평가하는 기준이 되며, 다양한 배터리 성능 평가에 사용된다.

공칭 [정격] 에너지 (Nominal Energy)

공칭 에너지는 공칭 용량 방전 곡선을 적분한 값으로, 배터리가 제공할 수 있는 총 에너지를 의미한다. 이 값은 배터리의 실제 에너지 용량을 평가하는 데 중요한 지표로 사용된다.

공칭 [정격] 전압 (Nominal Voltage)

공칭 전압은 공칭 용량 전압 곡선의 평균 전압으로, 배터리가 방전 중 평균적으로 제공하는 전압을 의미한다. 이 값은 배터리의 전류를 결정하는 데 중요한 역할을 하며, 배터리 설계 및 사용 시 중요한 고려 사항으로 시스템 설계에서 꽤나 중요한 지표다.

에너지 밀도 (Energy Density)

 

에너지 밀도는 배터리가 단위 부피 또는 단위 질량당 저장할 수 있는 에너지 양을 의미한니다. 에너지 밀도는 주로 두 가지 방식으로 측정되는데, 부피 기준 에너지 밀도와 질량 기준 에너지 밀도. 또한, 에너지 밀도는 배터리 셀, 모듈, 팩 단위로 다르게 연구될 수 있다.

 

높은 에너지 밀도를 가진 배터리는 같은 부피 또는 질량 내에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있으므로 전기차와 같은 응용 분야에서 중요한 요소다. 그러나 에너지 밀도를 높이는 과정에서는 방열 대책, 화재 방지 대책, 냉각 시스템 등의 추가적인 고려가 필요하며 이에 따라 에너지밀도는 펙단위 셀단 위에 따라 가변 되므로 어떤 기준의 에너지 밀도임을 반드시 고려해야 한다.

 

 

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