새로운 배터리 관리 시스템으로 EV 주행거리 20% 향상 가능

조나단 M. 기틀린(Jonathan M. Gitlin) - 2023년 1월 4일 오후 3시 30분(UTC)

지난 몇 년 동안 전기 자동차에 대한 가장 흥미로운 개발 중 하나는 니켈, 망간, 코발트와 같은 광물을 사용하는 전통적인 리튬 이온 화학의 대안으로 리튬-인산철 셀의 개발이었습니다. 이제 새로운 배터리 관리 시스템(BMS)은 이러한 배터리를 사용하는 EV의 훨씬 더 정확한 범위 예측을 의미할 수 있습니다.

LiFePO4(LFP) 배터리는 이 기술을 처음 개발한 미국과 캐나다 연구진과 일련의 독점 특허 라이선스를 체결한 덕분에 지난해까지 대부분 중국 EV 제조사의 전유물이었다. 그러나 이러한 특허는 만료되고 중국 이외의 자동차 제조업체는 LFP 배터리를 채택하기 시작했습니다.

LFP 셀은 동등한 NMC 또는 니켈-코발트 알루미늄 셀보다 매우 추운 날씨를 싫어하며 에너지 저장도 적습니다. 그러나 마지막 부분은 실제로 이 화학의 장점일 수 있습니다. LFP 팩이 충돌 시 연소되거나 폭발할 위험이 없으므로 팩을 무거운 보호 쉘로 둘러쌀 필요가 훨씬 적습니다.

이는 셀의 에너지 밀도가 낮지만 충돌 구조 대신 배터리 셀에 더 많은 볼륨이 할당되기 때문에 팩 수준의 에너지 밀도가 실제로 증가한다는 것을 의미합니다. LFP 배터리는 NMC 또는 NCA 팩보다 유효 수명도 더 깁니다. 2022년 LFP 셀은 NMC 셀보다 kWh당 약 20% 저렴했습니다.

그렇다면 Tesla가 2021년에 많은 자동차에 LFP 셀로 전환했고 Ford가 올해 Mustang Mach-E에, 2024년에 F-150 Lightning 픽업 트럭에 LFP 셀을 추가하는 것은 전혀 놀라운 일이 아닙니다.

LFP 배터리 화학의 이점을 최대한 활용하기 위해 Texas Instruments는 기존 시스템보다 훨씬 민감한 새로운 BMS(배터리 팩 및 셀 모두용)를 개발했습니다. Sam Wong은 "이전 세대에서는 3.5밀리볼트까지 낮출 수 있었는데 이는 최첨단 기술입니다. 이제 최신 세대에서는 약 3.5배 더 나은 1밀리볼트"라고 설명했습니다. TI에서 BMS 작업을 하고 있는 사람입니다.

이는 LFP 셀의 매우 평평한 방전 곡선 때문에 필요합니다. TI의 EV 파워트레인 마케팅 관리자인 Mark Ng는 "4V에서 시작하여 점점 낮아지며 매우 균일하게 유지됩니다."라고 설명했습니다. "70%에서 30%까지 충전되면 해당 영역(방전 곡선)은 평평하게 유지되며, 바로 여기에 1밀리볼트의 정확도가 필요합니다. 왜냐하면 제가 정확하지 않다면 70% 또는 40% 충전 중입니다." Ng가 나에게 말했습니다.

정확도가 10mV에 불과한 BMS에 비해 300마일(483km) EV의 경우 이러한 부정확성은 최대 100km(63마일)에 이를 수 있습니다. 더 정확한 BMS는 NMC 또는 NCA 화학에도 도움이 되지만, 그 정도는 훨씬 낮습니다. 오차 한계는 300마일 EV의 경우 약 6마일에서 약 0.5마일로 개선됩니다.

가장 엄격한 ASIL-D 자동차 안전 표준을 충족하는 새로운 BMS에는 기능적 안전 이점도 있습니다. "이 장치를 사용하면 칩 내부의 중복성을 사용하여 전압을 두 번 측정하여 서로 일치하지 않으면 문제가 있음을 시스템에 알릴 수 있습니다. 이는 거의 투표 시스템과 같습니다. 이 배터리는 4V이고 반대편에서는 3V라고 말합니다. "[배터리]에 문제가 있는 것 같습니다."라고 Ng는 설명했습니다.

그 외에도 새로운 BMS는 400V 및 800V 팩을 모두 처리할 수 있으며 무선으로 지정할 수 있습니다. 이는 General Motors가 TI 기술의 초기 반복을 사용하여 Ultium 팩 제품군에 이미 채택한 기능이므로 구리의 필요성이 줄어듭니다. 팩에 배선이 필요하므로 비용과 무게가 모두 줄어듭니다.