납산 배터리

1) 셀의 구성

납산배터리는 6개의 cell로 나누어져 각각의 셀에는 양극판과 음극판이 묽은 황산의 전해액에 잠겨있으며, 전해액은 극판이 화학반응을 일으킨다. 1셀은 2.1V로 6셀은 12V로 구성된다.

2) 충방전

납산 배터리는 묽은 황산의 전해액에 의해 화학반응을 일으켜 방전된 배터리 즉 황산납으로 되어있던 것이 충전시 과산화납으로 되돌아감으로 배터리는 충전상태가 된다.

방전시에는 과산화 납이 다시 묽은 황산으로 돌아가서 화학변화를 하면서 납 원자 속에 존재하던 전자가 분리되어 전극에 배선을 통해 이동하는 것이 납산 전지의 원리가 된다.

배터리의 원료로는
1. 리큠 : 가장 가벼운 금속으로 양극과 음극물을 이동하여 충전 / 방전 역할수행 -> 양극재

전구체(양극재)
2. 니켈 : 에너지 밀도 향상
3. 코발트 : 수명 향상
4. 망간 : 안전성 향상

1) 리튬이온의 이동에 의한 충 방전

전해질에 의해 이온화 현상이 발생하여 전자가 +에서 -로 이동됨, 동시에 리튬이온은 탄소 재료의 애노드 극으로 이동하여 충전 상태가 됨

방전은 단소 재료 쪽에 있는 리튬이온이 외부의 전선을 통하여 알루미늄 금속 화합물 측으로 이동할때 전자가 + 극 쪽으로 흘러감

2) 1셀당 전압

1셀당 3.75v로 최대 4.3v이고 셀당 3.7V ~ 3.8V

3) 고전압 배터리 팩 어셈블리

셀 : 전기적 에너지 화학적 에너지로 변환하여 저장하거나 화학적 에너지를 전기적 에너지 변환
모듈 : 직렬 연결된 다수의 셀을 총칭하는 단위
팩 : 직렬연결된 다수의 모듈을 총칭하는 단위

1) 배터리 수량과 전압

전기 자동차는 고전압이 필요하여 100셀의 전후의 배터리를 탑재하였고 1셀마다 충전이나 방전 상황이 다르기 떄문에 각각의 셀 관리가 중요하다.

2) 배터리 게이스

에너지 공급원인 배터리 Carrier 모듈을 수납하고 차량의 바닥면에 설치되어 배터리 손상을 방지하여 화재 폭발로 부터 운전자를 보호하는 역항을 한다.

• 주행중 진동 노출
• 발열 대첵 -< 쿨링시스템
• 폭팔 위험이 있는 액체 전해질 대신 화학적으로 가장 안전한 폴리머 상태의 전해질을 사용하는 배터리

3) 고전압 배터리 냉각

배터리 내부에 장착된 여러 개의 온도 센서 신호를 바탕으로 BMS EXU에 의해 고전압 배터리 시스템이 항상 정상 작동 온도를 유지할수 있도록 쿨링 기능 사용 / 회전 속도를 제어한다.

4) EV 고전압 배터리 시스템

• 인버터를 통해 전기 에너지를 모터에 공급
• 회생제동시 모터의 기계적 에너지가 인버터를 통해 전기 에너지를 배터리에 저장한다
• BMS는 배터리 SOC 및 최대충전과 방전이 가능한 출력을 계산하여 can 통신으로 VCU에 송신 하여 VCU는 배터리 SOC와 가용출력에 전력을 분해하며 MCU에 신호를 송신한다.

1차 전지

1. 충전
2. 사용
3. 방전

2차 전지

양극재 : 리튬금속산화물
음극재 : 흑연

배터리 케이스

• 원통형 : 원통형 캔 케이스로 저렴 오래됨
• 파우치형 : 알루미늄 파우치 케이스 / 높은 에너지 밀도 / 다양한 형태로 제조 가능 / 외부 충격 약함 / 생산난이도 비용 높음
• 각형 : 알루미늄 캔 케이스 외부 충격에 강함 / 대량생산에 유리 / 에너지 밀도 저하 / 불리한 디자인

전고체 배터리의 장점

• 우수한 안전성
• 높은 에너지 밀도
• 높은 출력
• 외부 온도에 상관없는 안정적 성능
  즉 전해질을 기존 가연성의 액체에서 고체로 대체한 전지를 말한다

폭팔의 위험에서도 자유롭고 고체전해질은 0도 이하의 저온이나 60~100도 고온에서 액체 전해질보다 전도 성능이 향상된다는 장점

리튬이온 배터리

• 고체(리튬, 니켈, 망간, 코발트 등) -양극재-
• 고체(흑연, 실리콘) -음극재-
• 액체 -전해질-
• 고체 필름 -분리막-

전고체 배터리

• 고체(리튬, 니켈, 망간, 코발트 등) -양극재-
• 고체(리튬, 금속, 흑연, 실리콘) -음극재-
• 액체(황화물, 산화물, 폴리머) -전해질-
• 불필요

양극재 리튬인산철 니켈 코발트 망간 등세가지 물질을 섞어 만들면 배터리의 값어치 30%가 저렴하고 에너지 밀도가 낮으면서 발열안정성이 낮아서 코발트는 양극재 가격의 40%에 해당함 -> 코발트 비싸

고전압 배터리 보관방법

• 배터리 27도 이하의 건조하고 습하지 않은 장소에 직사광선을 피해 보관하여야함

• 배터리는 산성 용액을 막기 위해 밀봉되어 있어야 하고 45도 이상을 기울이는 행동금지, 윗면에 용액이나 다른 물체를 적재하면 안됨

• 배터리에 케이블을 연결할 때 망치와 같은 공구를 사용하는 것은 매우 위험

• 장시간 차량을 보관할 경우 정선박스의 배터리 퓨즈를 반드시 탈거, 배터리 퓨즈를 장착한 상태로 차량보관을 하면 1개월 안에 배터리 충전을 위한 차량 구동을 함

• 배터리 퓨즈를 제거한 상태여도 최소 3개월 안에 배터리 충전을 위한 구동 필요

고전압 배터리 취급시 주의상항

• 고전압 배터리는 반드시 평행을 유지, 저하되거나 수명이 단축될수 있음

고전압 배터리 가수 및 전해질 유출 시 주의사항

• 스마트 키를 차량으로부터 2m이상 떨어진 위치에 보관, 가스나오면 실내일경우 안전한장소 대비

고전압 배터리 시스템 폐기 방전 절차

• 고전압 배터리는 감전 및 기타사고 위험이 있으므로 비정상적으로 높은경우, 고전압 배터리의 온도가 비정상적으로 지속 상승하는경우

염수침전 방전 방법

• 2% 정도가 되로록 소금물 을 만ㄷ르어서 담근다 그리고 건조한다 --- 등등

배터리의 잔량을 25 ~ 75% 구간으로 유지하면 10년동안 매일 충전을 해도 배터리의 성능이 90% 수준 보장

배터리의 재사용과 재활용

재사용 : 주로 전기차에 사용되었다가 수명이 얼마 남지 않은 배터리를 다른 용도로 사용하는것
재활용 : 배터리를 물리적으로 해체해 금속을 추출하는 방식

전기차 폐배터리 재사용

배터리 팩을 해체해 모듈 셀 단위로 선별 재조립하는 방법과 배터리 팩 단위 그대로 재사용하는 방법이 있다.

모듈과 셀 단위로 선별 재조립하는 경우 불량 모듈과 셀을 선별하고 용도에 맞는 취적의 에너지저장장치 구성가능하나 가공시간, 비용이 소요되고 안전확보를 위한 까다로운 작업환경 필요

배터리 팩 단위 그대로 재사용하는 경우에는 안전하고 비용절감이 가능하지만 설계적인 제약이 존재

도시광산 : 폐기물에서 유용한 자원을 추출하는 사업

재활용은 방전 물리적 해체 등의 전처리 공정과 건식제련 습식제련등의 후처리 공정을 통해 진행된다