전기차 배터리는 어떻게 작동할까? 원리와 구조 이해

전기차 배터리는 어떻게 작동할까? 원리와 구조 이해

전기차(EV)의 핵심 기술 중 하나는 배터리입니다. 내연기관차의 연료탱크에 해당하는 이 배터리는 차량의 주행거리, 출력 성능, 충전 시간 등을 결정하는 중요한 요소입니다. 특히 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길어 대부분의 전기차에 사용되고 있습니다.

이번 글에서는 전기차 배터리의 작동 원리와 구조, 그리고 배터리 종류별 특징을 알기 쉽게 설명합니다.

전기차 배터리의 기본 작동 원리

전기차 배터리는 리튬이온의 이동을 통해 전기를 저장하고 방출합니다. 이 과정은 다음과 같은 화학적 반응으로 이루어집니다.

1. 충전 시

외부 전원을 통해 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동하면서 에너지가 저장됩니다.

2. 방전 시

전기차가 움직일 때, 리튬이온은 음극에서 양극으로 이동하며 전자를 생성하고 이 전자가 회로를 따라 전기모터에 전달됩니다.



이때 전해질은 이온의 이동을 돕고, 분리막은 양극과 음극이 직접 닿지 않도록 하면서도 이온이 통과할 수 있도록 설계되어 있습니다.

전기차 배터리의 구조와 구성 요소

전기차 배터리는 보통 다음과 같은 계층적 구조로 이루어져 있습니다:

1. 셀(Cell)

가장 기본 단위로, 하나의 리튬이온 전지입니다.

2. 모듈(Module)

여러 개의 셀을 묶어 구성하며, 셀 간 연결과 보호 회로가 포함됩니다.

3. 팩(Pack)

모듈을 다시 여러 개 묶은 구조로, 전기차에 실제 장착되는 형태입니다. 배터리 관리 시스템(BMS), 냉각 시스템, 외부 케이스 등이 포함됩니다.

또한 배터리는 차량 하부에 평평하게 배치되어 무게 중심을 낮추고 주행 안정성을 높입니다.

전기차 배터리 종류별 특징

1. NCM 배터리 (니켈-코발트-망간)

에너지 밀도가 높아 주행거리가 길며, 고성능 차량에 주로 사용됩니다. 다만 원재료 비용이 높고, 열 안정성이 낮습니다.

2. LFP 배터리 (리튬인산철)

내열성과 수명이 뛰어나며, 최근 중국산 전기차에 많이 사용됩니다. 주행거리는 다소 짧지만 가격이 저렴하고 안전성이 우수합니다.

3. 고체 전해질 배터리(개발 중)

기존 액체 전해질을 고체로 대체하여 안정성을 극대화한 차세대 기술로, 상용화 시 기존 배터리보다 훨씬 가볍고 안전하며 에너지 밀도가 높을 것으로 기대됩니다.