전기차 배터리 용어의 개념[충방전률/SOH/SoC/SOC산출방법/OCV]

이전글에서 다루던 배터리의 개념에 대해서 이어서 다뤄보자

 

1.충전률 방전률

 

C-rate(Current rate) 라는 단어를 사용하며 개념자체는 간단하다 얼마나 전기를 잘받아들이고 얼마나 잘방출하는가 

출처 Lg배터리 인사이드

그렇다면 C-rate는 배터리에서 어떤의미를 가질까?

 

1.충전 C-rate

 배터리의 충전 이 예측가능해진다, ‘10C로 충전 가능한 배터리’라는 표시를 통해 배터리 용량 대비 10배 용량의 전류로 충전이 가능하다는 것과 그로 인해 완충까지 최소 6분정도가 걸린다는걸 예측가능해 진다는거다.

그렇다면? 충전 C-rate가 높으면 전기차 배터리의 충전시간이 짧아진다정도의 의미로 이해하면 좋을것이다.

 

2. 방전 C-rate

이경우 제품 성능을 예측 가능하게 해준다. 방전 C-rate 값이 높다면 방전 속도가 더 빠르다는 의미이고, 순간적으로 높은 전류를 즉 고출력을 내는것이 가능하고 낮다면 그만큼 어렵다 결론적으로는 전기차를 설계하는대 있어 방전 C-rate는 굉장히 중요한 지표임을 이해하자

 

2.SoH (State of Health)

아이폰을 사용해본사람은 알꺼다 중고구매 하기전에 배터리의 성능상 태를 확인해달라 하는게  기본으로 하는것을 쉽게 이해하면 배터리의 최초성능 대비 현제 배터리가 가진 성능 수준을 표현하는 지표다

출처 애플 배터리 및 성능 탭

 

3.SOC(State of Charge)

 쉽게이해하자 핸드폰을써봤다면 나배터리 몇% 남았어라는 말을 한번이라도 해봤을꺼고 그 %를 나타내는 방법이다.

한번쯤 들어봤을이야기로 핸드폰 배터리는 70%정도에서 이용하면 좋다는 이야기 다들 인터넷에서한번쯤 봤을것이다 이를 좀더 공학적으로 풀어본다면, 아래와 같은 수식으로 나타낼수있다.

 

 

 그렇다면 Soc를통해 우리는 무엇을 할수있을까? 결과적으로 본다면 배터리의 안전성을 강화할 수 있다는 개념으로 접근이 가능하다.최대 충전량을 SoC의 최고점보다 더 낮게, 최소 충전량을 SoC의 최저점보다 더 높게 설정 해둔다면, 배터리의 과충전과 과방전에 의한 안전사고 등 여러 문제를 미연에 방지하며,더 안전하게 배터리를 사용할 수 있다.

 

또한 이를 측정하는 방법도 꽤나 중요한 연구과제이며 크게 4가지 방식을 소개하고자 한다.

 

화학측정법
배터리 전해질의 비중이나 산도(pH)를 측정하여 계산하는 방식 액체 전해질에 직접 접근이 가능한 축전지에만 사용 가능한 측정 방법

 

전압측정법(OCV활요한 추정법)
아래서 설명한 OCV를 활용해 SOC-OCV그래프를 만든후 SOC테이블에 맞추어 추정하는 방식이다 다만 실시간 측정이 힘들기에 전압을 측정하고 방전곡선과 대조하여 쓰기에 용처는 정해져있따.

 

전류적분법(적류적산법)
쿨럼카운팅 적류전산법 이라고도 불리우며 결론적으로 전체 전하량을 알고있으니 사용량에 따라 SoC를 추적하는 방법이다. 실시간으로 추적이 가능하고 실시간으로 변화를 알수있다는 장점이 있지만 시간이 지날수록 추정값이기때문에 오차가 발생한다는 단점을 가지고있다.

 

압력측정법
니켈 수소 축전지에서 단일로 사용되는 방식으로  잔존 용량을 측정하는 데 사용되며, 배터리 내부의 압력을 측정하여 계산한다.

 

이의 측정방법또한 다양 한 연구와 실험이 필요하고 지금도 활발이 연구되고있는 분야이지만  필자의 전공분야가 아니기에 이정도만 다루고 넘어가겠다.

 

4.OCV 개방 회로 전압 ( Open Circuit Voltage)

 단순하게 접근하자 무부하 배터리에서 전압을 측정하면 나오는 전압 이라고 이해를 하면 조금 간단한데 아래 그래프를 보게된다면 배터리안에 잔존 용량에따라 변화한다는 사실은 어렵지않게 알수있다. 

 

쉽게 접근하면 SOC에 종속된값으로 SOC가높아지면 증가하고 낮아지면 감소하게된다.사실 이러한방식이기에 측정할때는 0.1C씩 충방전을 반복해 전압곡선을 얻어내고 평균값으로 구한다를 들은적이 있고 이러한 방식이 방전특성곡선으로 나타난다의 개념정도만을 잡고있자.