[오토 트렌드] 친환경자동차 배터리시스템의 진화
전기차, 바퀴축 모터(인휠 모터), 회생제동장치, 공공충전소 등은 이미 100여 년 전에도 존재했다. 하지만 당시 이 모든 것이 전기차 발전에는 도움이 되지 않았다. 가격과 성능 측면에서 배터리 기술의 진보가 더뎠고 내연기관 자동차에 비해 경제성이 떨어졌기 때문이다.

이후 1970년대 1, 2차 석유파동은 전 세계가 대체에너지에 눈을 돌리게 되는 결정적 계기로 작용했다. 초창기의 친환경차용 배터리는 엔진을 보조하면서도 안전한 니켈 계열의 배터리가 주류를 이뤘다. 이후 시장은 기술적 난이도는 높지만 우수한 에너지 밀도와 긴 수명 등을 내세운 리튬 계열의 배터리를 중심으로 재편되고 있다.

친환경차 배터리는 고전압의 전기에너지를 저장해 차량의 모터를 구동시키고 각종 전장품에 전원을 공급하는 에너지원 역할을 한다. 수백볼트(V)의 고전압으로 큰 전류를 내기 위해 배터리 셀 수십 개를 모듈화해 자동차에 탑재한다.

하이브리드카, 전기차, 플러그인하이브리드 등 친환경차 유형에 따라 특성화된 배터리셀을 적용한다. 내연기관과 전기구동기관이 협력하는 하이브리드카에서는 모터가 엔진을 즉각 보조하도록 높은 출력의 배터리셀을 장착한다. 반면 모터만을 동력원으로 하는 전기차는 에너지 저장 용량이 큰 배터리셀을 사용한다. 플러그인하이브리드용 배터리셀은 중간 수준의 특성이 필요하다.

친환경차에 적용되는 배터리 시스템은 배터리셀뿐 아니라 배터리관리장치(BMS), 냉각팬과 전원차단장치 등이 하나의 모듈로 구성된다. 각각의 구성품들은 △에너지 공급과 차단 △충전상태 진단 △배터리 수명 예측 △최적의 작동 온도 구현 등 배터리를 안전하고 효과적으로 구동하기 위해 작동한다.

무엇보다 배터리 시스템은 충돌 등의 응급 상황에서 구조적·전기적으로 안전해야 한다. 이에 따라 배터리 시험은 화재, 낙하, 염수 접촉과 침수 상황 등에서 신뢰성을 검증한다.

자동차 부품 전문기업인 현대모비스는 친환경차 부품의 독자 설계 기술을 기반으로 강성과 에너지 밀도를 높이면서 중량을 줄인 배터리 시스템을 현대·기아자동차의 다양한 친환경 차에 공급하고 있다.

완성차 업체들은 각자 상품 전략에 따라 고유의 배터리 시스템을 설계한다. 배터리 적재 공간에 따른 화물 공간, 승객 공간, 안전성과 애프터서비스(AS) 수월성, 조립성능과 주행성능 등을 종합 검토하는 것이다.

이런 전략에 따라 친환경차 배터리 시스템은 트렁크, 차체 하부, 뒷좌석 하부 등에 탑재된다. 배터리 시스템의 레이아웃은 서스펜션의 종류 등 주변 다양한 부품에도 영향을 미친다.

배터리 시스템을 트렁크에 탑재하면 적재 공간이 좁아지고 후방 충돌을 고려한 설계가 중요하게 된다. 차체 하부에 탑재하면 적재 공간을 늘릴 수 있지만 배터리 시스템이 외부 환경에 노출되기 때문에 강성을 높여야 한다.

친환경차 전용 플랫폼을 적용한 현대차 아이오닉은 배터리를 ‘시트 프레임 일체형’ 구조로 개선해 뒷좌석 시트 아래에 탑재했다. 이를 통해 안전성을 확보하면서 공간 활용성도 높였다.

현대모비스 기술연구소