재구성형 EV 배터리, 모델상 수명 20% 이상 연장 가능성
찰머스 연구진은 약해진 셀을 우회할 수 있는 재구성형 EV 배터리를 모델링했다. 80 kWh와 연 12,000 km 조건에서 교체 시점이 약 14개월 늦춰졌다.
하나의 열화된 셀이 나머지 셀이 정상이어도 전기차 배터리 팩 전체의 수명을 제한할 수 있다. 스웨덴 찰머스 공과대학교 연구진은 약해진 셀을 우회하고 남은 용량을 계속 활용할 수 있는 재구성형 아키텍처를 평가했다. 80 kWh 배터리와 연간 12,000 km 주행을 가정한 모델에서는 배터리 교체 시점을 약 14개월 늦출 수 있었다.
일반적인 배터리 팩은 전기적 연결이 대부분 고정돼 있어 가장 약한 셀이 직렬 연결 전체를 제한할 수 있다. 연구된 방식은 전자 스위치와 제어 로직을 추가해 열화된 셀이나 셀 그룹을 분리하고 전류를 나머지 요소로 우회시킨다.
네이처 커뮤니케이션즈에 발표된 연구에 따르면 가장 세밀하고 이상화된 구성은 일부 고전압 배터리의 수명을 20% 이상 늘릴 가능성을 보였다. 효과는 직렬 연결 셀이 많은 전기 트럭과 장거리 승용 EV에서 특히 컸다. 다만 연구진은 20% 이상이라는 수치가 이론적 상한이라고 강조한다. 모델이 각 셀을 개별적으로 제어할 수 있다고 가정하기 때문이다. 셀 그룹 단위로 작동하는 더 현실적인 시스템은 전자부품을 덜 필요로 하지만 수명 증대 폭도 작다.
비용 측면의 절충도 있다. 현재 부품 가격 추정으로는 추가 전자장치가 팩 비용을 약 9% 높인다. 연구진은 대략적인 손익분기점을 약 12%로 보며, 그 이상에서는 차량 수명 전체에 걸친 경제적 이점이 줄어들 가능성이 크다. 더 보수적인 모델 조건은 추가 비용 약 7% 미만, 용량 50 kWh 초과, 연간 주행거리 12,150 km 미만을 사용했다. 현재 하드웨어 비용 추정도 약 1,000세트 생산을 기준으로 해 양산보다 시제품에 가까운 규모다.
이 기술은 단순한 셀 상태 진단을 넘어선다. 시스템은 열화를 감지하는 데 그치지 않고 배터리의 전기적 연결을 동적으로 바꿔 약해진 셀이나 그룹을 활성 회로에서 제외해야 한다.
연구된 아키텍처를 그대로 적용한 양산 승용차나 트럭은 아직 없다. 다만 실험 시스템과 실증 장치는 존재하며, 찰머스는 볼보 스마트셀과 대형 자동차 제조사가 진행 중인 프로토타입 도로 시험을 예로 들었다. 따라서 시뮬레이션 결과를 현재 양산 EV 배터리에 직접 적용해서는 안 된다. 이 연구는 몇 개의 빠르게 노화하는 셀 때문에 팩 전체를 조기에 교체할 가능성을 줄이고 배터리를 더 오래 사용하는 한 가지 방법을 보여준다.