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전기차 배터리 어떻게 쓰나? (부제: 배터리 특성/충전 방법)

폭풍 | 2019.07.19 13:46:39 | 본문 건너뛰기 | 댓글 건너뛰기 쓰기

주위에 얘기를 하면서 생각외로 사람들이 배터리 사용/충전방법을 모르시는 것 많이 느끼구요, 역시 이해가 확산되려면 시간이 걸리는 구나라고 느낍니다. 이번에는 결론 부터 때리고 그뒤에 자세한 이야기 나갑니다. 근데 이거 뭐 대단한 얘기 아니구요, 자동차 매뉴얼에 다 쓰여있습니다.

 

1. 전기차 배터리는 수명에 최적화된 다른 배터리이다. 현재 평균 기대수명 20년 이상.

     (그래서 자동차 제조업체도 8년/10년씩 보증하지요.)

 

2. heat/고온은 배터리의 수명에 쥐약이다

     (대충 86F이상이 되면 조금씩 열화가 된다고 합니다. 매우 더운 지방에서는 각오하시고 쓰세요)

 

3. 100% 충전상태(SoC, State of Charge)는 배터리 수명을 단축한다.

    (자주 충전하고, 가능하면 대략 80%까지만 충전하세요)

 

4. Quick charge는 수명을 단축한다.

    (꼭 필요할때만 쓰시고, 그냥 L1/2 (가정용120V, 240V)로 충전하세요.)

 

5. 추운날씨에는 배터리 미터를 믿지마라.

  (영하의 날씨에는 배터리가 미터가 정확하지 않습니다. 25%밑으로 내려가면 갑자기 추락하는 사태가 발생합니다.)

 

6. 추운날씨에 Quick charge는 빨리 안되니, 충전전에 배터리 warm-up필요.

 

7. 공냉식(Passive) 배터리, 수냉식(Active cooling) 배터리가 공존한다.

 

8. 충전은 어떻게 하나, L1=120V(가정용), L2=240V(가정용), L3=400V/800V DC(직류) QC(급속 충전소)

 

 

1) 자동차 배터리는 이름이 뭐, 리튬이온 산화 마그네슘 배터리, 리튬 아이언 phosphate 배터리, 농축 니켈 배터리, 리튬 산화 코발트 배터리 등등,, 하여간 니켈/코발트/마그네슘/철 등으로 수명과 내열에 최적화해서, 무게당 에너지비율로 최적화된 휴대폰 배터리와는 많이 틀리답니다. 그리고 제조사 워런티도 길어서 수명에 대한 걱정은 별로 안하셔도 될껍니다. (워런티가 10년 이면 평균수명은 2-3배 긴게 보통이거든요. 하여튼 이건 시간이 증명할 수 밖에 없어서.) 그리고 일부 제조사는 배터리 용량 워런티도 추가적으로 제공하고 있습니다. 5년내에 배터리 용량이 70% 아래로 내려가면 배터리를 새거로 바꿔주는 식으로요. 이걸 악용해서 일부러 배터리를 Abuse하는 사람들도 있었습니다.

LEAF는 딜러에 배터리 교환 프로그램이 있는데 약$5000 정도 하는 것으로 기억합니다. 그리고 배터리 관리 시스템(특히 leveling)이 잘 되어 있어서 100~200개 안팍의 cell중에서 몇개가 열화되거나  죽었어도 이것을 잘 bypass해서 전체 배터리가 작동하게 만들어 줍니다. 요즘은 열화된 몇명 cell만 교환해주는 서비스 업체 얘기를 들었습니다. 물론 OEM보다 용량이 큰 대용량 애프터 마켓 배터리도 나옵니다.

 

2/3)Li-ion배터리의 대가라는 어느 교수의 강의를 들었는데, 고온은 제일 수명을 단축하고, 안쓸때는 이론상으로 냉장고에 넣어서 보관하면 제일 오래간다고 하더라구요...(쓸때는 상온으로 올려서 쓰고) 또한 100%충전상태나 한번에 많이쓰는 것이 스트레스라서 조금쓰고 자주 충전하는 게 좋다는 군요. 아래 표를 보시면 고온/높은 SoC상태/DoD(한번에 많이 쓰는거)에 따른 배터리 용량/수명 단축을 보여줍니다. (그 교수님 사이트를 다시 찾을 수가 없어서 다른곳에서 가져왔습니다.) 25도에서 40% 상태면 1년후에도 96%용량을 유지하는데, 40도에서 100%상태면 1년후에는 65%입니다. 큰차이죠. 중고 전기차 사실때 리스 리턴은 피하세요, 리스하는 친구들은 매일 100%충전하더라구요, 수명은 상관 안하니까.

https://batteryuniversity.com/

LiBatteyTempSoC_life.jpg

( LEAF 2011/2012년식 초기 모델은 뜨거운 지방(특히 아리조나)에서 문제가 많았었죠, 용량이 빨리 줄어들어 불만이 많았습니다. 2013년식부터 열에 강한 배터리(화학물질이 꽤 다름)로 바뀌면서 문제가 해결되었고, 이때문에 2011/2012식 LEAF는 강력 비추합니다.)

 

4) Quick charge역시 수명을 단축하구요. (배터리 스트레스, 1C는 배터리의 총용량을 1시간에 완충하는 속도 입니다.)

ChargeRate.jpg

 

 

5) 추운날에 핸드폰이 그래도 배터리가 좀(20-30%) 있었는데 갑자기 죽어버린 경험이 있으신가요(특히 영하). 전기차도 겨울에 배터리 미터가 좀 남아있다가도  갑자기 빨리 떨어집니다. 겨울에 CA I-80에서 견인되는 테슬라/볼트 좀 봤는데요, 저도 (스키장가다가) 배터리가 약 25%미만으로 떨어지니까 급격히 떨어지는 바람에 차가 low power mode로 들어간 적이 있습니다. 다행이 CCS차저는 I-80에 약 10-20마일 마다 있어서 살살 가서 충전했습니다. 테슬라는 충전소가 자주 없어서 길어 섰더라구요. 추운날에는 배터리 충분히 충전하시고 움직여야 되요.

 

6) 전에 같은 스키하우스을 쓰는 친구가 갑자기 자기차(테슬라 S)를 거라지 안에 세워도 되냐고 물어보더라구요. 그날 새벽에 차를 충전하러 갔는데, 수퍼차저에서 1kw로 충전이 되더래요. (최고치보다 100배 느린 속도, 그럼 완충하는데 나흘걸림?) 전에도 그런적이 있어서 이번에는 화가 나서 테슬라에 전화를 했더니, 거기 날씨 춥냐고 물어보더래요. 그렇다고 했더니, 배터리 온도가 내려가면 충전이 빨리 안된다고 하더라구요, 그래서 그럼 배터리 warmer있지 않냐고 물었더니, 있는데 사람이 매뉴얼로 조정할 수 없다고, 지가 알아서 들어온다고... 이 친구 열받았는지 안 그래도 새벽/저녁에 1-2시간씩 충전하러 나가는 게 매우 귀찮았는지, 그 다음부터는 절대 테슬라 안 몰고 오더라구요, (예전에 '사륜구동 단상'에서 얘기한 지난겨울에 마즈다 CX-5몰고 온 그넘 얘기 입니다.) 저도 (쉐비) 볼트가  추운날 오래 세워둔 후로 좀 느리게 충전되는 것을 본적이 있습니다. 좀 달린 후에는 배터리가 더워지니 괜찮더라구요. 그래서 오래 세워 두셨으면 충전하기 전에 좀 세게 몰다가 충전하세요.

 

7) LEAF와 e-Golf가 공냉식 배터리를 쓰고, 테슬라/Volt/Bolt등이 수냉색을 쓰고 있습니다. EV 포럼에서는 이거 때문에 좋다/나쁘다 라는 의견이 많은데, 제 경험상 특히 덥지 않은 지역에 살면 공냉식도 괜찮은 것 같습니다. (수냉식도 차를 끄면 수냉장치가 동작하지 않지 않나요?, 수냉장치를 돌리려면 배터리를 써야 하고 그러면 배터리에서 열이나고 역시 배터리 수명 조금 열화될테고..). 수냉식은 당연히 차가 비싸지고, 무거워지고, 커지고, 고장날 요소가 늘어나는 단점이 있습니다. 쿨러트도 언젠가는 갈아야 할 지도. 다음은 VW engineering에서 쓴것 입니다. "e-Golf has passed various long-term engineering evaluation milestones in desert temperatures and cold weather climates, without the necessity of a cooling system."

 

8) Level 1 충전, 가정용 120V씁니다, 보통 12A로 1.44kW로 충전됩니다. LEAF는 16A로 1.9kW로도 충전됩니다.

    Level 2 충전, 가정용 240V씁니다. 16A, 30A, 32A , 35A, 40A를 많이 쓰는 것 같습니다.

    L1/L2는 충전기가 차 안에 있습니다. 그래서 on-board charger라고 하구요, 차에 딸려온 케이블은 충전기가 아니라 파워공급케이블(EVSE)입니다.

집에 outlet및 배선이 15A면 12A EVSE까지, 20A면 16A짜리까지 EVSE(충전용 케이블)사서 충전하시구요, Outlet이 40A면 32A짜리 EVSE까지 쓰실수 있구요. Outlet이 50A면 40A짜리 EVSE까지 쓰세요. 그리고 처음 쓰실때 Outlet의 부하반응 (또는 내부저향) 테스트하시구요, 맨처음 1-2시간 충전후, 아웃릿과 주변 배선 온도체크 하셔서 열저항/부하가 너무 걸리는지 꼭!꼭! 체크하세요, 저희집에 아웃릿 뒤에 연결 배선이 오래되어(45년된집) 헐거워서 접촉저항이 높은 것을 모르고 충전하다가, 밤에 Outlet 다 타고 집 날릴 뻔 했습니다. 헐....

 

차를 사면 보통 120V 케이블이 따라옵니다. 그러나 이것은 충전 속도가 느리죠, 집에서 240V로 충전하시려면 240V EVSE를 사셔야 할 거구요 (약 100-500불선) 집에 240V 아웃릿이 있어야 합니다. 저렴하게 240V outlet만드는 법. - 집에 120V아웃릿을 열어보면 그중의 몇몇은 panel에서 240V받아 다른 아웃릿으로 배전하는 역할을 해서 240V배선 (검은색, 빨간색)이 지나갑니다. 240V outlet을 배선과 panel용량에 맞는 것으로 (예, 20A)하나 사서, 그 검은색/빨간색을 hot으로 연결하고, 그라운드 연결하면 끝(At your own risk). $10이면 됩니다. 부하반응 테스트 꼭하세요.

 

Level3 급속충전은 완전히 시스템이 틀린데요, 약 400V DC로 차 내부의 converter/충전제어기 없이 배러리에 바로 때려 넣습니다. (즉 충전기가 밖에 있다고 봐야죠.)약50kW에서 현재 350kW까지 충전소(EVgo등등)가 있는 데요, 가격은 CA에서 약 $0.25/KWh근처입니다. 차가 보통 50-100kW까지 지원하고 테슬라 차는 좀더 지원하는 것 같습니다. 앞으로 800V시스템도 나올텐데요, 당연히 기본 2배 빠르구요 폴쉐가 처음으로 지원할 것 같습니다.

                 

9)배터리 Abuse의 결과- 아주 급격한 차이를 보입니다.

밑에 사진에서 가장 오른쪽에 세로로 길고 가늘게(가로로 좁게) 있는 바가 배터리 용량 바 입니다. 12개가 full이구요, 이사진에서는 6개밖에 없습니다. 용량이 대충 반정도로 줄어든거죠. 그리고 그 왼쪽에 가로로 넓은 바가 충전상태 인데, 거의100% 충전인데도 14마일 예상하고 있군요. 2012년식 LEAF인데 새거 레인지가 73마일이라서 더 적습니다. 최악상태 인데, 리스했던 차량 같습니다.

LEAFBadBatteryExample.jpg

 

한편 다른 사진에서는 2013년식 LEAF인데 배터리 용량바가 11개죠, 그리고 레인지는 78마일을 나타내고 있습니다. 리스차가 아니고 소유했던 차를  매뉴얼대로 사용했으면 이정도 됩니다. 6.5년 된 제차도 배터리 바가 11개고, 풀 충전하면 85마일이라고 나옵니다.

LeafGoodBatteryExample.jpgLeafGoodBatteryExample2.jpg

 

 

다음번에는 전기차 인센티브/가격구조을 한 번 얘기해보죠.

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