충전상태
충전상태(States Of Charge, SOC)란 배터리에 저장된 에너지 양을 나타내는 상대적인 척도로서, 특정한 시점에 셀에서 추출할 수 있는 전하량과 총 용량의 비율로서 정의한다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 SOC 추정량을 이용하여 다음 충전까지 예상되는 사용량을 사용자에게 알리고, 배터리가 안전 작동범위 안에 있도록 유지하며, 제어 전략을 실행하고 궁극적으로 배터리 수명을 연장시키기 때문에, 정확한 충전 상태 추정은 매우 중요하다.[1]
SOC는 잔존용량이라고도 한다. 하이브리드 차량이나 배터리식 전기자동차, 또는 배터리식 전기자동차에 쓰이는 축전지의 연료량을 표시할 수 있는 척도이다. 잔존용량이 100%일 때 축전지가 가득찬 상태를, 0%일 때 축전지가 모두 소모된 상태를 나타낸다. 전기자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차에서 마치 연료 게이지와 같이 사용된다.
충전상태 측정방법[편집]
SOC는 직접적으로 측정이 불가능하기 때문에, 주로 다음의 4 가지 간접적으로는 전류 적분 방법으로 시간에 따른 배터리 용량의 변화를 측정한다
- 화학측정법(Chemical Method)
배터리 전해질의 비중과 PH를 측정하여 SOC를 계산한다. 화학측정법은 봉해지지 않은 납축전지와 같이 액체 전해질에 직접 접근이 가능한 축전지에만 사용할 수 있다.
- 전압측정법(Voltage Method)
배터리 전압으로 SOC를 계산한다. 축전지의 출력전압을 측정하고, 이것을 해당 축전지의 방전곡선(discharge curve)과 대조하여 잔존용량을 계산한다. 단, 축전지의 내부 저항에 의해 오차가 생길 수 있는데, 축전지의 내부 저항과 출력 전류의 곱에 해당하는 전압 강하가 추가로 일어나기 때문이다. 따라서 회로의 전류를 측정하여 해당하는 전압 강하 값만큼 수정해 주면 정확도가 높아진다.
- 전류적측정법(Current Integration Method)
배터리의 전류를 측정하고, 이를 시간에 따라 적분하여 SOC를 계산한다. 그러나 다른 적분법과 마찬가지로 이 방법 역시 측정이 장기화됨에 따라 오차가 극심해진다. 따라서 축전지가 다 충전되었다고 판단될 때를 기하여 다시 잔존용량이 100%인 것으로 기준값을 수정해 주는 과정이 필요하며, 이를 위해 다른 측정법과 병행하여 사용하는 것이 권장된다.
- 압력측정법(Pressure Method)
배터리 내부의 압력을 측정하여 SOC를 계산한다. 압력측정법은 일반적으로 니켈 수소 축전지(NiMH)의 잔존용량을 측정하는 데 사용되는데, 니켈 수소 축전지는 충전됨에 따라 내부압력이 크게 증가하기 때문이다. 포이케르트의 법칙(Peukert's Law)의 적용으로 계량이 가능한 방법이다.[2]
전기차 배터리 충전 경고등, 표시등[편집]
일반 자동차에 주유 경고등이 있다면 EV에는 충전 경고등이 있다. 하지만 EV의 경고등은 주유 경고등보다 민감하게 봐야 한다. 전기차의 주행 가능 거리가 더 짧고, 완전 방전은 배터리에 좋지 않기 때문이다.
내연기관차들은 대개 기름이 10% 미만으로 남았을 때 연료 경고등을 띄운다. 하지만 연료 경고등이 들어와도 크게 걱정은 없다. 요즘 차들은 주행 가능 거리가 함께 표시되기 때문이다. 결정적으로 널린 게 주유소라 금세 급유 가능하다. 내연기관차는 주유 경고등이 들어와도 50km 넘게 가는 일이 많다. 그래서 경고등이 켜져도 급하게 주유소를 찾지 않는다.
전기차는 사정이 비슷한 듯 다르다. 전기차를 운행하다 보면 연료가 아닌 배터리를 충전해 달라고 메시지가 나온다. 현대차그룹의 전기차들(쏘울 EV,니로 EV, 코나 일렉트릭)은 배터리 잔량이 8%가 되면 이 메시지를 표시한다. 먼저 청각적으로 경고음이 울리며 내비게이션에 표시된다. 예를 들어 64kWh 용량 배터리의 8%는 5.12kWh다. 이를 5~6Km/KWh 효율로 계산해 보면 남은 주행 가능 거리가 25~30Km일 때 메시지가 표시된다는 추론이 가능하다. 메시지는 클러스터 우측 하단에 여러 겹이 겹친 배터리 표시 모양에 불이 들어온다. 정확한 명칭은 구동용 배터리 잔량 경고등. 지금까지 보았던 주유 경고등과는 완전히 다른 생김새다.
배터리 충전 경고등이 들어오고 좀 더 운행하면 2단계 경고인 '노란 거북이'를 영접하게 된다. 이 경우 비상 상황 돌입한 것으로 간주해 배터리에서 모터로 보내는 출력을 제한한다. 그래서 가속 페달을 깊게 밟아도 차는 서행한다. 간혹 경사 급한 언덕에서는 차가 뒤로 밀릴 수도 있다.
'노란 거북이' 경고등은 배터리가 3%가 남았을 때 들어온다. 위의 예를 적용하면 남은 배터리 용량은 약 1.92kWh. 계산 상 약 10Km를 갈 수 있는 상황이다.
전기차도 여러 내연기관차처럼 두 단계로 나누어 배터리를 충전 경고를 한다. 하지만 문제는 내연기관 차량과 비교해 충전 표시 시기가 다르고 그에 따라 주행 가능 거리도 차이 난다. 전기차는 내연기관보다 주행 가능 거리가 반 정도라서, 과거 내연기관차 연료 경고등 대하는 습관으로 운전하면 낭패 볼 수 있다.
전기차 경험이 적은 사람들은 '어부바' 견인을 종종 당한다. 주행 가능 거리를 맹신했거나 본인 예상보다 충전소가 멀었던 것이다. 특히 주행 가능 거리가 짧은 1세대 전기차들이 이런 경우가 많다.
1세대 전기차의 주행 가능 거리는 100~200Km였고 경고등이 들어왔을 때 10~20Km 갈 수 있다. 그러나 배터리의 상태, 외부 온도 등에 따라 주행 가능 거리 편차가 크다. 여기에 배터리의 열화도 무시하지 못한다. 클러스터에 20Km 정도의 주행 가능 거리가 표시돼도 실제는 5~10Km밖에 주행을 못한다.
요즘 나오는 2세대 전기차들은 그나마 배터리 기술력이 나아졌다. 그래도 간혹 구동용 배터리 방전되면 보험사나 제조사에 긴급 충전 서비스를 요청하면 된다. 하지만 이런 상황은 예방하는 것이 좋다. 불편함과 낭비되는 시간도 문제지만 배터리의 수명과도 연결되기 때문이다. 차라리 완전 방전 상태까지 방치하지 말고 충전소까지 견인하는 것이 배터리 관리에 나을 수도 있다.
리튬 폴리머 배터리의 효율적인 관리는 SOC(State Of Charge, 충전 상태)가 20%일 때, 80%까지 충전하는 것이 효율상 좋은 것으로 알려져 있다. 그러나 정작 이렇게 운행하면 전체 배터리 용량 중 60% 정도만 활용하게 된다. 64kwh 배터리라면 38.4kwh 정도만 사용하는 꼴이 된다. 2세대 전기차 기준으로 주행거리가 184~230km 밖에 안된다.
충전표시등은 배터리의 충전상태를 나타내는 표시등이다. 충전이 완료되면 경고등이 점등된다. 충전표시등의 색상이 녹색이면 충전 완료를 의미하며, 빨간색 불이 들어오면 충전 중인 상태를 의미한다. 또한 충전 커넥터가 연결된 상태에서 시동을 걸 경우에는 자동차 계기판에 경고문이 표시된다.
고전압 배터리 잔량경고등은 전기자동차 주행 시 주배터리로 활용되는 고전압 배터리의 잔량이 적을 때 경고등이 켜지며, 경고등이 켜졌다면 주행 가능한 거리가 20~30km 이내이므로 즉시 충전해야 한다. 고전압 배터리 잔량 경고등은 총 두 차례에 걸쳐 자동차 계기판에 표시된다. 먼저 고전압 배터리 잔량이 약 8% 이하일 경우 계기판에 표시되며, 두번째로 고전압 배터리 잔량이 약 3% 이하일 경우에 파워다운 경고등과 함께 켜진다. 이때 고전압 배터리 소모를 최소화화기 위해 차량 출력이 감소한다.[3] [4] [5]
애플리케이션[편집]
스마트폰을 활용해 충전 상황을 모니터링하는 습관도 매우 중요하다. 현대·기아 전기차(BEV-Battery Electric Vehicle)는 블루링크나 UVO로 충전 상태를 모니터링할 수 있다.
- 블루링크(BlueLink) : 현대자동차를 구입하면 블루링크 서비스를 차종에 따라서 2년이나 5년 동안 무료로 사용할 수 있다. 플러그인 하이브리드 차량과 전기차량의 충전을 원격으로 시작 또는 취소할 수 있으며 충전상태를 확인할 수 있다.
- 기아 유보(UVO) : 기아 신차 구입시 UVO는 5년간 무료이다. 본인의 차량 룸미러에 UVO버튼이 있다면 서비스 가입 후 스마트폰의 앱을 설치하면 준비는 끝난다. 전기차의 충전 상태, 원격 제어 등의 기능을 활용할 수 있어 일반 차량 구매자들 역시 많이 사용하는 애플리케이션이다.[6]
각주[편집]
- ↑ 〈배터리 충전 상태〉, 《매스웍스》,
- ↑ 〈잔존용량〉, 《위키백과》,
- ↑ 불스원, 〈전기자동차에만 있는 자동차 경고등 알아보기〉, 《불스원블로그》, 2020-11- 04
- ↑ 엠에스리, 〈전기차 경고등 이것만은 알고 타자〉, 《네이버 포스트》, 2021-05-20
- ↑ 利堂, 〈EV(전기자동차)의 배터리 충전 경고등〉, 《다듬블로그》, 2019-06-22
- ↑ 고석연 기자, 〈전기차 충전이 갑자기 멈추는 다양한 이유〉, 《엔카매거진》, 2019-10-01
참고자료[편집]
- 〈잔존용량〉, 《위키백과》
- 〈배터리 충전 상태〉, 《매스웍스》
- 고석연 기자, 〈전기차 충전이 갑자기 멈추는 다양한 이유〉, 《엔카매거진》, 2019-10-01
같이 보기[편집]
