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Jun 04, 2023

DC 고속 충전이 실제로 EV의 배터리 용량을 줄일까요?

정기적으로 급속 충전하는 전기 자동차가 있다면 아마도

정기적으로 급속 충전하는 전기 자동차가 있다면, 아마도 배터리 성능 저하에 미치는 영향을 살펴봐야 할 것입니다.

350kW 급속 충전기를 사용하면 Lucid Air Pure와 같은 대용량 배터리 EV를 15분 만에 80% 충전할 수 있으므로 EV를 빠르게 충전하는 것이 좋습니다. 기존 가솔린 차량만큼 빠르지는 않지만, DC 급속충전을 통해 전기차를 주유하는 데 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

하지만 전기 자동차 충전의 편리함은 배터리 성능 저하를 희생해야 할까요? 글쎄, 알아 보자.

EV 배터리 수명을 더 잘 이해하려면 고속 충전이 무엇인지, 어떻게 작동하는지 아는 것이 중요합니다. 대체로 말하면, 전기 자동차의 배터리는 레벨 1, 레벨 2, 레벨 3 충전이라는 세 가지 방법을 사용하여 보충할 수 있습니다. 처음 두 가지 유형은 교류(AC)를 사용하는 반면, DC 고속 충전이라고도 알려진 레벨 3 충전에는 직류가 필요합니다.

여기서 중요한 차이점은 레벨 1과 레벨 2 충전기는 차량의 온보드 충전기를 사용하여 전류를 AC에서 DC로 변환한다는 점입니다. 차량의 리튬 이온 배터리는 교류 전류를 직접 사용할 수 없기 때문입니다.

하지만 레벨 3 고속 충전기의 경우 온보드 충전기가 필요 없이 배터리에 직접 전력을 공급할 수 있습니다. 이를 통해 DC 충전은 차량 온보드 충전기의 성능에 제약을 받지 않고 배터리 팩에 엄청난 양의 전류와 전압을 공급할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 가정적으로 이 반응은 영원히 계속되어야 합니다. 그러나 우리 모두는 리튬 이온 배터리가 영원히 지속되지 않는다는 것을 알고 있습니다. 그러나 이러한 저하의 정확한 이유는 무엇입니까?

음, 리튬 이온 전지가 충전되거나 방전될 때 내부에서 여러 가지 화학 반응이 발생합니다. 일부 반응은 전기를 생성하는 데 작용하는 반면 다른 반응은 배터리 용량을 줄이는 리튬 이온을 소비합니다. 즉, 충전-방전 주기마다 EV의 리튬 이온 배터리 용량이 일부 손실됩니다. 이는 실제로 발생하며 EV 충전 신화의 범주에 속하지 않습니다.

즉, 이러한 반응은 여러 환경 조건에 따라 서로 다른 속도로 발생하며 배터리를 더 오래 지속시키기 위해 취할 수 있는 조치가 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.

따라서 대부분의 배터리 제조업체는 배터리가 가장 잘 작동하는 온도 범위를 제공합니다. 이 범위는 배터리 화학에 따라 다르지만 대부분의 경우 방전 시 화씨 -4~140도, 충전 시 화씨 0~45도 사이에 있습니다.

이 작동 범위는 배터리가 더 낮은 온도 범위에서 충전될 수 있음을 보여주며, 춥거나 뜨거운 극한 조건에서 충전하면 이러한 조건에서 원치 않는 반응이 발생하는 속도가 증가하여 리튬 이온이 소모되고 용량이 감소하므로 문제가 발생할 수 있습니다.

이제 리튬 이온 배터리의 용량이 감소하는 이유를 알았으니, 급속 충전 시 배터리 내부에서 어떤 일이 일어나는지 이해하려고 노력할 수 있습니다.

고속 충전은 고전압 전류를 사용하여 배터리를 충전합니다. 리튬 이온은 더 큰 힘으로 음극에서 끌어당겨지고, 충전되면 양극으로 이동합니다. 이로 인해 음극에 균열이 생기고 전극에 수지상 돌기가 생성됩니다. 이러한 균열과 수지상 돌기 축적으로 인해 리튬 이온 셀의 용량이 감소하고 배터리의 저항도 증가합니다.

배터리를 급속 충전하면 배터리의 내부 저항이 증가합니다. 이러한 저항 증가와 고속 충전 시 높은 전류 입력으로 인해 배터리 내부에 과도한 열이 발생합니다. 이러한 높은 온도는 리튬 이온 배터리의 용량을 감소시킵니다.

리튬이온 배터리를 저온에서 고전류로 급속 충전하면 양극에 리튬 도금 현상이 일어난다. 이로 인해 리튬 원자가 양극 내부에 삽입되지 않습니다. 이로 인해 전극 표면에 불활성 리튬 금속(전기를 생성할 수 없음)이 생성됩니다.