COLUMN

배터리 충전 쇼크

전기를 가솔린처럼 빠르게 충전하는 기술이 개발 중이다

2019.05.23

 

배터리와 전기차 세계가 잘못된 방향으로 향하고 있다면? 에너지 밀도와 배터리 용량을 늘리기 위해 새로운 배터리 화학물질을 개발하고 양극과 음극에 더 알맞은 소재를 찾는 게 아니라, 단지 더 새롭고 뛰어나며 영리한 충전 시스템만 필요하다면 어떨까?

 

캐나다 오타와에서 시작한 스타트업 지배터리스 에너지(GBatteries Energy)는 5분 만에 쉐보레 볼트 EV가 약 192km를 달릴 수 있게 충전하는 기술을 가지고 있으며, 10분이면 완전히 충전까지 가능하다(볼트 EV의 최대 주행가능거리는 383km다). 잠깐 화장실을 다녀오는 사이 전기차를 충전할 수 있다면 우리에게 연료전지나 내연기관으로 달리는 자동차가 과연 필요할까?

 

지배터리스의 충전 기술은 닉과 팀 셔스티우크 부자의 지하 연구소에서 시작됐다. 그들은 원래 충전 시간을 줄이려던 게 아니라 충전 과정을 바꿔 휴대전화 배터리의 수명을 늘리려는 계획이었다.

 

오늘날 리튬이온 충전기는 플러그나 회로 차단기가 허용하는 범위 내에서 방전된 배터리로 전자를 보낸다. 배터리 전압이 최대 안전 수준까지 도달하면 전류를 줄여 일정한 전압을 유지한다. 이런 정전류, 정전압 접근법은 양극에서 음극으로 이동하는 동안 일부 리튬이온을 서로 충돌하게 만든다. 특히 고전압으로 급속 충전할 때 더욱 그렇다. 충돌한 이온들은 더 이상 쓸모가 없어지고, 심지어 배터리 수명도 깎아 먹는다.

 

팀 셔스티우크 CCO(최고 상업책임자)는 충전된 리튬이온이 음극으로 이동하는 과정을 마치 그물망을 통해 쌀알을 꼼꼼히 골라내는 것에 비유했다. 쌀알을 강제로 밀어 넣으면 일부 쌀알이 그물망을 망가뜨린다. 지배터리스는 전류가 파동이 생기도록 그물망을 사방으로 흔들기도 하고, 때로는 그물망 바닥을 두드려 전류를 잠깐 역전시키기도 한다. 그 결과 이온은 더 안전하고 빠르게 그물망을 통과한다.

 

구글에서 검색하면 펄스 충전에 대한 몇몇 학술 자료가 나오지만 지배터리스의 비밀은 진폭과 진폭의 너비, 주기, 필요에 따라 방전 주기를 설정하는 매개 변수를 지속해서 추적하는 펄스 적응성에 있다. 컨트롤러에 입력된 인공지능은 배터리의 동적 임피던스(전류에 대한 저항, 옴)를 최소화하기 위해 펄스 속도를 조절하고, 배터리 온도를 낮추면서 이온 잔해물로 인한 수명 단축을 방지한다.

 

두 가지 방법을 이용해 배터리 잔여량 25%에서 95%까지 빠르게 충전하는 실험 결과, 지배터리스는 CCCV 충전 방식의 배터리를 17번 충전했을 때 사용 가능한 배터리 용량이 기존의 83%까지 떨어진다는 사실을 발견했다. 반면 펄스 배터리는 110번 충전 뒤에도 85% 이상의 용량을 유지했다.

 

몇 가지 알아야 할 게 있다. 이 실험은 작은 배터리로 진행됐고, 앞서 언급한 볼트 EV의 인상적인 충전 통계는 컴퓨터 시뮬레이션으로 얻은 결과다. 프로토타입 충전기는 올 연말부터 가동된다. 물리학적으로 5분 안에 50%를 충전하려면 배터리 용량의 5배에 달하는 kW 충전 속도가 필요하다(60kWh 배터리를 충전하려면 300kW급 충전기가 필요하다).

 

지배터리스의 펄스 충전을 가능하게 하는 최소한의 하드웨어(파형 생성용 파워 필터)와 광범위한 소프트웨어는 자동차에 적용 가능하다(지배터리스는 여러 OEM과 논의 중이다). 하지만 양산으로 향하는 더 빠른 길은 펄스 충전을 DC 급속 충전기에 적용하고, 자동차가 새로운 충전 프로토콜을 받아들일 수 있도록 OEM에 소프트웨어 업데이트를 요구하는 것이다. 펄스 충전은 현재 운영되고 있는 모든 전기차 배터리 화학 반응과 잘 작용할 것으로 보인다.

 

하루에 몇 안 되는 자동차만 이용하는 주차 공간에 불과한 전기차 충전소가 수백 대의 차가 빈번하게 드나드는 공간으로 바뀐다고 상상해보자. 이처럼 훨씬 수익성 좋은 충전기는 자연스럽게 늘어날 거다. 게다가 장거리 여행을 떠날 때도 빠르게 충전할 수 있기 때문에 값비싼 배터리 크기를 줄일 수 있다. 이 일이 잘 성사된다면 전기차 판매량의 변곡점이 될 수도 있다.

 

 

 

 

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CREDIT

EDITOR : Frank Markus PHOTO : MOTORTREND

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