셀부터 모듈, 팩에 이르는 EV 배터리 시험

하이브리드나 전기차(EV)의 전원을 단순히 ‘배터리’라고 표현하지만, 실제로 그 구조는 복잡합니다. 배터리 기술은 수십 또는 수백 개의 개별 배터리 셀(cell)로 구성되어 있습니다. 이 배터리 셀들은 안전성과 효율성을 보장하기 위해 모듈(module) 단위로 조립되며, 이 모듈들은 다시 한번 더 큰 단위인 배터리 팩(pack)으로 결합됩니다.

배터리 셀(Cell)

배터리 셀은 리튬이온(lithium-ion) 배터리의 기본 구성 단위로, 베터리 셀은 양극(cathode), 음극(anode), 분리막(separator), 전해질(electrolyte)로 구성되어 있습니다. 일반적으로 배터리 셀은 1~6V의 전압을 가지며, 배터리 셀 내부의 화학적 반응에서 발생한 에너지를 전기로 변환하여 전원을 공급합니다.

배터리 모듈(Module)

배터리 모듈은 여러 배터리 셀을 특정 배열로 조합한 것을 뜻합니다. 이 모듈은 프레임에 고정된 배터리 셀들로 구성되어, 셀들을 안정적으로 지지하고 외부의 스트레스로부터 보호하는 역할을 합니다. 모듈을 구성하는 데 필요한 셀의 수는 고정된 표준이 없으며, 제조업체는 셀의 성능과 최종 제품 설계 요건에 맞춰 다양하게 조합하여 모듈을 설계합니다.

배터리 팩(Pack)

배터리 팩은 여러 배터리 모듈과 함께 기계적 구성, 냉각 시스템, 배터리 관리 시스템 등 배터리의 기능을 지원하고 제어하는 다양한 기술로 구성됩니다. 전기차의 배터리 팩 크기, 형태, 구성은 주로 차량의 전체적인 설계에 영향을 받습니다. 

배터리 셀 VS 모듈 및 팩 시험

배터리 셀, 모듈 및 팩은 각기 다른 배터리 시험을 요구합니다. 배터리 셀 시험은 배터리 구동 기기의 설계와 제조 초기 단계에서 진행되며, 셀이 화학 반응을 통해 에너지를 공급하기 때문에 전기화학적 성능을 다양한 환경에서 측정합니다. 이 시험 과정은 셀의 전체 출력, 효율성, 내부 화학 반응의 안전성을 평가하기 위해 스트레스, 주기성, 환경 시험을 포함합니다. 시험하는 동안 온도나 환경 변화에 따른 전류, 전압, 저항, 안정성, 화학 반응을 측정합니다.

배터리 셀의 기능은 배터리 팩으로 조립되기 전에 시험하고 검증합니다. 이에 배터리 팩 시험은 전체 시스템의 엔지니어링 측면에 중점을 두고 진행합니다. 이때 내구성, 특정 사용 상황에서의 성능, 애플리케이션별 안전성, 고장 위험성, 시스템 간 상호작용 등을 확인합니다.

모듈과 팩은 설계대로 안전하게 작동하고 모든 설계 사양을 충족하는지 확인하기 위해 하위 시스템과 시스템 검증을 반드시 진행합니다.

하이브리드 및 EV 배터리 설계에 대한 종합적인 테스트

전기차 설계 시 개별 셀이나 모듈의 성능을 파악하는 것만으로는 부족합니다. 제조업체는 배터리 설계 과정에서 결정된 셀과 팩의 구성이 차량의 성능, 수명, 안전에 미치는 영향을 전반적으로 이해해야 합니다.

전기차는 내연기관에 비해 상대적으로 새로운 기술 영역이므로, 제조업체는 배터리 성능과 관련된 새로운 문제나 변수를 지속적으로 직면하게 됩니다. 이러한 변수들을 효과적으로 해결하기 위해서는 여러 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 큰 용량과 에너지를 제공하는 배터리 어셈블리(assembly) 과정을 셀, 모듈, 팩, 그리고 차량 전체 조립 단계에서 철저하게 시험하고 검증해야 합니다. 

제조업체는 연구 개발의 초기 단계부터 배터리 시험을 진행하여 차량 설계가 셀, 모듈 및 팩의 구성과 얼마나 잘 호환되는지 확인하는 것이 중요합니다. 배터리의 조립 방식은 성능, 열 분배(heat distribution), 환경 조건에 대한 취약성 등에 영향을 줄 수 있습니다.

특수 배터리 시험 매개변수

엘레멘트는 최근 비즈니스 확장과 인수합병을 통해 자동차 시험 서비스 역량을 강화해 왔습니다. 북미 지역 셀 및 배터리 시험 인증 기업인   Energy Assurance 및 Trialon 을 인수하여 배터리 시험 역량을 강화했으며, 디트로이트 소재 엘레멘트 자동차 연구소의 면적을 60,000평방피트로 확장 중입니다. 또한 국내에서는 국내 주요 베터리 시험 인증 기업인 NCT를 인수하여 소형, 중형 및 대형 형태의 배터리 셀, 모듈 및 팩을 위한 안전성, 성능, 규제 및 남용 테스트 분야에서 독보적인 전문성을 확보하고 있습니다. 엘레멘트는 수십 년간 주요 자동차 제조업체에 시험 및 컨설팅 서비스를 제공한 경험을 바탕으로, 초기 연구개발 단계부터 전반적인 자동차 시험을 지원합니다.

엘레멘트의 배터리 시험소는 여러 개의 크고 복잡한 프로그램을 동시에 실행할 수 있는 역량을 갖추고 있으며, 맞춤형 시험 매개변수(parameter)를 포함한 거의 모든 유형의 배터리 시험 요건을 다룰 수 있는 장비를 보유하고 있습니다. 엘레멘트는 가장 복합한 EV 배터리 어셈블리를 실제 사용 환경과 같은 조건에서 시험할 수 있는 전문성을 가지고 있습니다. 또한, 신제품 개발을 위한 맞춤형 시험 규격을 설계하며, 해당 시험 절차에 대한 전문가 지침을 제공하는 전문성을 갖추고 있습니다.


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