자동차 배터리
안녕하세요. 까망이입니다. 오늘은 자동차의 기본 배터리에 대한 설명을 하겠습니다. 자동차 배터리도 내연 기관에 적용되는 배터리와 전기 자동차에 적용되는 배터리가 차이가 있습니다.
하이브리드 시스템에 사용되는 배터리는 기본적으로 충전이 가능한 2차 배터리가 사용됩니다. 전기 자동차의 경우와 마찬가지로 용량과 제작비가 문제 되지만 납산 배터리보다 에너지 밀도가 높은 니켈 수소 배터리나 리튬 이온 배터리가 주로 사용되는데 각각의 장점과 단점이 존재합니다.
하이브리드 전기 자동차의 동력원이 되려면 높은 전압이나 전력이 필요하기 때문에 셀을 수십 개 모듈화한 상태에서 자동차에 탑재됩니다. 다만 전기 자동차 동력에 필요한 전기가 아닌 오디오나 에어컨 등 기본적인 전기 장치 사용을 위해 12V의 납산 축전지를 별도로 탑재하는 경우도 있습니다. 이에 비해 하이브리드 전기 자동차의 2차 배터리는 높은 전압이 필요하고 충전과 방전을 반복함에 따라 수명의 단축도 최소화 되어야 합니다. 여기에 높은 전압을 얻기 위해 탑재한 배터리 자체의 무게도 가능한 한 가벼워야 좋습니다. 이는 자동차 중량이 차량의 성능이나 연비 등 여러 부분에 있어 상당한 영향을 끼치기 때문입니다.
납산 배터리에 대해 설명해 드리겠습니다. 자동차용 배터리로 많이 사용되고 있는 방식으로 에너지의 밀도가 그다지 높지 않고 용량이나 중량이 큽니다. 하이브리드 시스템에서는 출력이 크지 않은 모터를 탑재하는 마일드 하이브리드에 사용됩니다. 다만 제작 단가로써는 유리한 점이 있습니다. 납산 배터리는 양극의 활성 물질로 과산화납을 사용하고 음극에는 납을 하용하며, 전해액은 묽은 황산을 사용합니다. 기전력은 약 2.1V이고 일반 자동차용 배터리로는 이 셀을 6개 합친 12V로 만든 것을 사용하는 게 일반적입니다.
일반 자동차용 배터리는 화학 반응시에 발생하는 가스가 배출될 수 있도록 구멍이 뚫린 타입이 많지만 하이브리드 전기 자동차에 사용할 경우에는 배터리의 탑재 공간에 충분한 통풍이 힘들기 때문에 가스가 외부로 발생하지 못하도록 밀폐된 타입의 배터리를 사용합니다. 하이브리드 전기 자동차의 2차 배터리로는 수분의 감소를 크게 억제할 수 있는 납 칼슘 합금 배터리를 사용합니다. 이 칼슘 타입 배터리는 자기 방전이 적다는 특징이 있어서 실질적인 수명이 길어지는 경향도 갖추고 있습니다.
다음은 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 양극에 리튬 금속산화물을, 음극에 탄소질 재료, 전해액은 리튬염을 용해시킨 재료를 사용하며, 충반전에 따라 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동합니다. 발생 전압은 3.5V~4.0V 정도이며 에너지 밀도를 비교하면 니켈 수소 전지의 2배 정도의 고성능이 있으며, 납산 전지와 비교하면 3배를 넘는 성능을 자랑합니다.
동일한 성능이라면 크기를 3분의 1로 소형화하는 것이 가능하지만 제작 단가가 높은 것이 단점입니다. 또 메모리 효과가 발생하지 않기 때문에 수시 충전이 가능하며, 자기 방전이 작고 작동범위도 넓습니다. 앞으로는 하이브리드 자동차를 포함한 대부분의 자동차에 이 리튬 이온 배터리가 활용될 것입니다.
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