미국 A123시스템社 - 배터리 혁명

 

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[이정용의 미래차 이야기] 전기자동차 배터리 혁명

[디지털타임스] 2007년 6월 25일 (월)

바퀴안에 모터삽입 기술… 가볍고 저장능력 향상


전기자동차를 만들 때

가장 고민스런 부분이 배터리의 무게와 용량이다.

특히 작은 차일수록 그 고민이 더 커지기 마련이다.

납축 배터리를 전기차에 적용했을 경우 일반적으로

12볼트 200암페어 정도의 배터리를 6개 정도 붙여서

72볼트 200암페어 짜리를 만드는데,

개당 무게가 40kg이 넘어서

전체 무게는 240∼300kg에 달한다.

소형 전기승용차 전체 무게의 3분의1까지 차지하니

실제 운행에서 효율이 떨어질 수밖에 없다.

또 배터리 속 중금속으로 인해

환경오염을 일으킬 수 있는 위험이 있어

과거 GM에서도 전기차 개발에 손을 뗀 적이 있다.

최근 배터리와 관련 파워트레인 부분에서

현격한 발전이 이뤄지면서

GM과 도요타,닛산,미쓰비시 등

많은 업체에서 전기차 개발에 열을 올리고 있다.

이들이 개발에 주력하는 전기차 기술은

바퀴안에 모터를 삽입시키는

`휠 인 모터'(Wheel in Motor)기술과 함께

전기에너지를 가벼우면서도

많이 저장 할 수 있는 배터리 기술이다.

예전 납축전지에 비해 최근 차량용 폴리머전지는

그 크기나 무게에서 5∼10배 이상 가벼워지고,

저장 능력 또한 커졌다. 이런 성능향상은

전기차를 만들 수 있는 바탕 기술조건을 성립시켰고,

최근 GM이 `볼트'(Volt)라는 플러그인 하이브리드 승용차를

선보일 수 있는 계기를 마련했다.

볼트에 적용된 폴리머 전지는

미국 A123시스템사가 만든 배터리로,

높은 출력과 안전성을 동시에 겸비하고 있고,

무게 또한 가벼워 앞으로 2010년 출시예정인

GM의 전기승용차에 탑재될 예정이다.

 

또 기존 폴리머전지보다 3배에 달하는 고출력 폴리머전지를 개발,

1회 충전으로 420km 이상 달릴 수 있는 기술 수준까지 도달했다.

아직은 시제품 형태로 가격이 높긴 하지만,

양산 단계로 넘어간다면 가격대는

훨씬 낮아질 수 있을 것으로 예상되고 있다.

앞으로 자동차용 배터리 기술은 더욱 발전할 것이고,

이에 따라 더욱 고성능의 전기차가 속속 등장할 것으로 전망된다.

 

 

 

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[이정용의 미래차 이야기] 전기자동차용 파워모듈 개발

[디지털타임스] 2007년 09월 10일(월)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

젤 형태 전해물질 전지 안전성 높여

A123시스템 개발 배터리

3500회 이상 충ㆍ방전 가능

최초의 전기자동차가 만들어진 지 벌써 100년의 시간이 흘렀는데도

아직 전기자동차가 상용화되지 못했던 이유는 배터리 기술의 문제였다.

최근 리튬이온 배터리가 전기차에 적용되면서 급격한 발전을 하고 있는데

지금까지 리튬이온 전지는 내부에 전해물질이 액상으로 돼 있어

열에 민감하고 외부 충격 시 폭발할 위험성을 가지고 있었다.

그러나 최근 기술적으로 이같은 문제가 해결돼

리튬이온 폴리머전지, 리튬이온 나노전지 등이 나오면서

전해물질이 젤 형태로 바뀌고 나노카본 사용으로 열 상승을 억제,

전지의 안전성을 키우고 수명을 배가시켰다.

무게 또한 많이 가벼워져 전기자동차에 사용하기 적합한 전지로 다시 태어나게 되었다.

A123시스템에서 개발한 32시리즈 배터리는

GM에서 얼마 전에 발표한 플러그인 하이브리드 전기차에 사용된 모델로

자동차의 다양한 환경에 적합하도록 개발됐다.

또한 3500회 이상 충 방전이 가능하도록 설계돼 있어

일반배터리에 비해 10배 이상 긴 수명을 보유하고 있다.

1회 충전에 60Km정도를 운행하도록 만들었다 해도

총 210만 킬로미터 이상을 주행할 수 있다는 결과가 나온다.

따라서 전기차를 구입해서 폐차 시까지 배터리 교환이 필요 없다는 결과가 나오는 것이다.

PHEV-플러그인하이브리드 전기차에 적용되는 파워모듈은

하나의 모듈 안에 배터리매니지시스템(BMS), 온도조절장치, 충전기, 전자제어장치 등

다양한 필요요소들이 모여 모듈로 만들어졌으며 정비도 쉽게 할 수 있도록 만들어졌다.

GM에서는 2010년부터 세턴사를 통해 볼트 전기차 양산을 진행하고 있고

A123가 배터리 공급사로 확정되면서 앞으로 자동차 파워트레인 부분에

일대 혁명이 불어올 것으로 예상된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

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GM과 크라이슬러, 리튬-이온 배터리 개발에 박차 가한다.   GM이 A123 시스템과 리튬-이온 배터리 개발을 위해 새롭게 손을 잡았다. 이 리튬-이온 배터리는 2010년 데뷔 예정인 볼트를 위한 것. GM 내년 초부터 볼트의 주행 테스트를 시작할 예정이다.   오늘날의 하이브리드는 니켈-메탈 배터리가 주류를 이루고 있다. 반면 리튬-이온 배터리는 작고 가볍다는 이점 때문에 휴대폰과 노트북 컴퓨터 등에 주로 쓰이고 있다.   한편 토요타도 2011년 양산을 목표로 리튬-이온 배터리의 개발을 진행하고 있다.   리튬-이온 방식은 열에 약한 것이 문제점 중 하나로 꼽히고 있다.   이 배터리는 A123 시스템이 개발 중인 리튬-이온과는 다른 방식으로 알려져 있다.   A123 시스템은 독일의 컨티넨탈과 공동으로 리튬-이온 배터리를 개발하며 한국의 LG 화학과도 손을 잡는다.   한편 크라이슬러는 작고 가벼운 리튬-이온 배터리를 플러그-인 타입의 스프린터 밴에 적용해 본격적인 테스트에 들어간다.   스프린터에 쓰이는 리튬-이온 배터리는 존슨 컨트롤과 프랑스의 사프트가 공동으로 개발한 것.   존슨 컨트롤은 스프린터에 적용된 리튬-이온 배터리를 가리켜 기존의 니켈-메탈 보다 출력은 40% 강하고 무게는 50% 적게 나간다고 밝혔다.   크라이슬러는 22대의 스프린터 플러그-인 하이브리드를 캘리포니아와 뉴욕에서 테스트하게 되며, 엔진은 가솔린과 디젤이 쓰이게 된다.   크라이슬러는 테스트 기간 동안 배터리의 성능은 물론 오버히트 등의 안정성도 철저히 관찰할 계획이다.            ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■

전기 자동차를 위한 리튬이온 배터리 개발 프로젝트의 2단계 시작

 

단순한 배터리를 이용하는 전기 자동차부터 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 전기 자동차까지 다양한 종류의 전기 자동차가 이미 상용화되었거나 상용화를 앞두고 있는 상황이다. 이에 따라 전기 자동차의 필수 부품이 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 전기 자동차에는 Ni-MH 배터리들이 사용되었으나 전지 수명의 향상, 경량화 등을 목적으로 최근에는 리튬이온 배터리를 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다(전문가 의견).

 

미국의 GM사는 A123 시스템즈(Systems)사와의 협력을 통해서 GM E－Flex 시스템의 전기 자동차 전용으로 내구시간이 길고 안전하며 강력한 전지의 공동 개발을 진행하고 있다(GTB2007080606). 또한 지난 5월에 미국의 에너델(EnerDel)사는 티탄산 리튬을 사용하는 하이브리드 전기 자동차용 리튬이온 배터리를 발표했다.

 

개발된 전지는 양극에 안전성으로 정평이 있는 망간산리튬(LiMn2O4)를 이용하여 안전성이 상대적으로 높고 저온 하에서의 방전 특성과 사이클 수명이 뛰어나다. 또한 음극에 사용된 티탄산 리튬은 일반적인 그래파이트와는 다르게 음극과 전기 분해액의 계면에 형성되는 박만 SEI(Soild electrolyte interface)가 발생하지 않아 내부 임피던스가 상승하지 않는 특징을 지닌다(GTB2007050518).

 

또한 에너델사는 최근 크라이슬러 주식회사, 포드 모터 컴퍼니, 제네럴 모터스 등이 참여하고 있는 미국 어드밴스드 배터리 컨소시엄(United States Advanced Battery Consortium, USABC)으로부터 6백 5십만 달러의 자금을 지원받아 다양한 전기 자동차들에 적용할 수 있는 리튬이온 배터리 기술을 개발하고 있다.

 

USABC는 하이브리드 전기 자동차의 적용을 위하여 미국 에너지부와 협력하여 리튬 배터리 기술을 개발하려고 한다. 개발 기간이 18개월인 이번 프로그램은 총 6백 5십만 달러가 소요되며 3단계로 구성된 USABC 프로그램의 2단계로서 연구 개발에 참여하기 위해서 50%의 비용 부담이 필요하다. 현재 에너델사는 성공적으로 1단계를 완료하였다.

 

3단계의 프로그램 하에, 에너델사는 하이브리드 자동차들의 실제 적용을 위하여 완벽한 융합 배터리 시스템을 개발할 것이다. USABC 프로그램은 하이브리드 전기 자동차들을 위해 이용되는 기존의 배터리 기술들보다 작고, 가벼우며, 전력량이 높은 경제성있는 리튬이온 배터리를 생산하는 것을 목표로 한다.

 

에너델사의 2단계 프로그램은 배터리 모듈의 수명을 측정하고 평가하며 이용된 기술을 시연함과 동시에 원통형 전지의 생산을 확대하는 것을 목표로 한다. 에너델사는 하이브리드 전기 자동차 적용을 위하여 미국의 아곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory, ANL)와의 협력을 통해서 리튬 산화티타늄 음극 물질을 개발해 왔다.

 

 또한 이 회사는 플러그인 하이브리드 전기 자동차와 배터리 전기 자동차에 적용을 목표로 하는 견고한 탄소 음극 리튬이온 고용량 배터리를 개발하고 있다. 양극 물질로 에너델사는 마그네슘 스피넬(LiMn2O4, “LMO”)을 사용한다. 에너델사는 전지 디자인으로 평면 프리즘 전지 모델을 이용한다. 개발되고 있는 5Ah LTO 모델은 2.5V의 전력을 제공하며 5Ah HC 모델은 3.6V의 전력을 제공한다.

 

USABC는 미국 자동차 연구회(United States Council for Automotive Research, USCAR)의 연합체이다. USABC 예산의 최대 50%까지 미국 에너지부에서 지원을 받으며 주업무는 연료전지 자동차, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 상업화를 지원하는 전기화학 에너지 저장 기술들을 개발하는 것이다. 1992년에 설립된 USCAR은 크라이슬러, 포드, GM 등의 협력 연구를 위한 통솔 기관이다.

 

현재 사용되고 있는 내연기관을 대체하기 위한 차세대 구동 시스템 개발이 활발한 상황이나 전기 자동차 및 연료전지 자동차들의 용량을 확대하는 것이 큰 목표가 되고 있다. 특히 하이브리드 자동차가 상용화되어 백만대 이상 판매되고 있는 상황에서 수명이 길고 안정성이 향상된 배터리의 개발은 자동차 제조회사 및 배터리 회사의 공통 목표가 되었다. 따라서 상대적으로 무게가 가벼우며 대용량이 가능한 배터리의 개발에 더 많은 노력을 기울여야 할 것이다(전문가 의견).

 

 

정보출처: KISTI『글로벌동향브리핑(GTB)』