이전 기사에서 우리는 인기있는 전기 자동차에 사용되는 많은 배터리 팩의 에너지 밀도를 비교했습니다. 대부분의 배터리는 NCM 523 또는 NCM 622였으며 평균적으로 중량 에너지 밀도가 140~150Wh/kg이었습니다. 이는 셀 수준(230~250Wh/kg)에서 얻는 것보다 훨씬 적은 수치라는 점을 감안하면 실망스럽습니다.
현재 EV 배터리의 열악한 중량 에너지 밀도는 불필요한 복잡성으로 설명될 수 있으며 이 기사에서는 배터리 팩을 더 간단하고, 안전하고, 저렴하고, 에너지 밀도가 더 높게 만드는 쉬운 솔루션을 볼 것입니다.
먼저 약간의 컨텍스트를 제공하기 위해 현재 위치를 살펴보겠습니다.
현재 배터리 팩은 마트료시카 인형과 같습니다. 그 안에 모듈이 있고 모듈 안에 에너지를 저장하는 중요한 물건인 배터리 셀이 있습니다. 즉, 배터리 셀의 무게는 배터리 총 무게의 일부에 불과합니다.
현재 배터리 팩이 무게 측면에서 얼마나 비효율적인지 더 잘 이해하기 위해 GCTPR(gravimetric cell-to-pack ratio)의 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.
Renault ZOE(구 ZE 40 배터리)
이 배터리의 무게는 305kg이며 그 중 185kg(61%)이 셀에서 나옵니다. 무게의 나머지 120kg(39%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)에서 나옵니다.
Renault ZOE(새로운 ZE 50 배터리)
이 배터리의 무게는 326kg이며 그 중 206kg(63%)이 셀에서 나옵니다. 무게의 나머지 120kg(37%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)입니다.
Nissan LEAF(40kWh 배터리)
이 배터리의 무게는 303kg이며 그 중 175kg(58%)이 셀에서 나옵니다. 무게의 나머지 128kg(42%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)입니다.
Nissan LEAF(62kWh 배터리)
이 배터리의 무게는 410kg(추정)이며 그 중 263kg(64%)이 셀에서 나옵니다. 무게의 나머지 147kg(36%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)입니다.
BMW i3(94Ah 배터리)
이 배터리의 무게는 256kg이며 그 중 193kg(75%)이 셀에서 사용됩니다. 무게의 나머지 63kg(25%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)에서 나옵니다.
BMW i3(120Ah 배터리)
이 배터리의 무게는 278kg이며 그 중 215kg(77%)이 셀에서 사용됩니다. 무게의 나머지 63kg(23%)은 금속 케이스, 케이블링, BMS(배터리 관리 시스템) 및 TMS(열 관리 시스템)에서 나옵니다.
앞서 여러 번 언급했듯이 BMW i3의 배터리는 단연코 제가 가장 좋아하는 EV 배터리입니다.
이유는 다음과 같습니다.
BMW i3 배터리 내부
BMW i3의 배터리 팩은 단순성으로 인해 주류 EV 배터리 중 가장 높은 GCTPR(gravimetric cell-to-pack ratio)을 가지고 있습니다. 직렬로 연결된 몇 개의 큰 각형 셀은 모듈용 케이블과 케이스가 덜 필요합니다.
77%의 GCTPR은 기존 배터리 팩의 경우 매우 우수하지만 CTP(cell-to-pack) 기술을 사용하면 훨씬 더 좋을 수 있습니다.
모듈 내부에 배터리 셀을 넣은 다음 배터리 팩 내부에 모듈을 넣는 대신 CTP 기술을 사용하여 모듈을 완전히 제거합니다. 우리는 직렬로 연결된 긴 각형 배터리 셀을 배열에 넣은 다음 배터리 팩에 삽입하여 최대한 간단하게 만듭니다.
BYD, CATL 및 SVOLT와 같은 다양한 중국 배터리 셀 제조업체는 이미 자체 버전의 CTP 배터리 팩을 보유하고 있습니다.
BYD
CTP 기술이 적용된 BYD 블레이드 배터리
BYD 블레이드 배터리의 단순함은 위 이미지에서 볼 수 있습니다. 이 배터리 팩의 셀을 조립하거나 교체하는 것이 얼마나 간단한지 상상해 보십시오. BYD에 따르면 이 배터리에는 최소 100개의 셀이 있습니다(모두 직렬로 연결됨).
또한 CTP 기술을 사용하여 코발트가 없는 LFP/LFMP 셀로 만든 배터리 팩은 약 140-160Wh/kg의 에너지 밀도 수준을 달성합니다. 이는 현재 더 비싸고 덜 안전한 NCM 523 및 NCM 622 세포.
CTP는 LFP 배터리 셀을 전기 자동차로 되돌리는 데 도움이 되는 또 다른 기술 혁신입니다. 이제 LFP/LFMP 배터리 셀이 전기차의 대중화에 중요한 역할을 할 것이라는 데는 의심의 여지가 없다고 생각합니다.
BYD 블레이드 배터리 하이라이트:
이는 BYD 블레이드 배터리에서 배터리 셀이 부피의 62.4%, 무게의 84.5%를 차지한다는 것을 의미합니다. 모듈로 만든 주류 배터리 팩의 평균 VCTPR은 40%이고 GCTPR은 60%입니다.
BYD, 새로운 배터리 팩의 부피 및 중량 측정 셀 대 팩 비율 공개
그럼에도 불구하고 BYD 블레이드 배터리는 배터리 팩의 에너지 밀도를 높이는 것만이 아닙니다. 안전과 관련하여 이 배터리는 이길 수 없습니다. LFP/LFMP 화학 물질은 그 자체로 매우 안전할 뿐만 아니라 셀의 긴 직사각형 모양은 넓은 냉각 영역을 제공하고 단락 중에 열을 생성하는 능력을 감소시킵니다.
다른 배터리 셀의 BYD에 의한 못 침투 테스트
게다가 정말 흥미로운 점은 이 기술이 구현되는 것을 보기 위해 몇 년을 기다릴 필요가 없다는 것입니다. 곧 출시될 전기차 BYD Han EV는 6월에 출시되며 BYD 블레이드 배터리가 장착됩니다.
<블록 인용>
올 6월 출시 예정인 비야디의 플래그십 세단 모델인 한EV에 블레이드 배터리가 탑재된다. 이 새 모델은 브랜드의 다이너스티 패밀리를 이끌 것이며, 605km의 순항 범위와 단 3.9초 만에 0-100km/h 가속을 자랑합니다.
BYD Han EV는 정말 흥미로운 전기 자동차입니다. NEDC의 605km 범위는 보다 현실적인 WLTP 테스트 주기에서 약 450km(280마일)로 변환되어야 합니다.
CTP 배터리 기술이 적용된 BYD Han EV
BYD의 전기 자동차는 아직 중국 내수 시장 밖에서는 그다지 인기가 없지만, BYD의 전기 버스는 이미 전 세계적으로 매우 인기가 있으며 이러한 전기 자동차는 아마도 CTP 배터리를 미래에 사용할 것입니다.
BYD의 에너지 밀도 목표 :무코발트 LFP/LFMP 화학물질의 경우 140-160Wh/kg
CATL
CATL CTP 기술
BYD가 코발트가 없는 LFP/LFMP 배터리에 더 집중하는 동안 CATL은 두 가지 측면에서 작업하고 있으며 CTP 기술을 코발트가 없는 LFP/LFMP 배터리뿐만 아니라 에너지 밀도가 더 높은 NCM 배터리에도 적용하기를 원합니다.
CATL은 이미 중국 자동차 제조업체인 BAIC를 위해 CTP 배터리 팩을 생산하고 있습니다.
CATL의 CTP 배터리 기술이 적용된 BAIC EU5 EV
CATL의 에너지 밀도 목표 :코발트가 없는 LFP/LFMP 화학 물질의 경우 145-160Wh/kg 및 NCM 화학 물질의 경우 200Wh/kg
SVOLT
SVOLT CTP 기술
SVOLT는 CTP 기술을 보다 에너지 밀도가 높은 NCMA 배터리에 적용하는 데 중점을 두고 있습니다. 안타깝게도 이에 대한 정보가 많지 않습니다.
SVOLT의 에너지 밀도 목표 :NCMA 화학물질의 경우 200Wh/kg 이상
요약하자면.
CTP가 더 간단하고 안전하며 저렴하고 에너지 밀도가 높은 배터리 팩을 만드는 주류 기술이 되는 것은 시간 문제일 뿐입니다. 게다가, 우리는 매우 안전하고 저렴한 적절한 에너지 밀도를 가진 코발트가 없는 배터리 팩을 얻기 위해 몇 년을 기다릴 필요가 없습니다. BYD 블레이드 배터리는 정말 인상적입니다. Warren Buffett은 몇 년 전 BYD에 베팅한 것에 대해 정말 기뻐할 이유가 있습니다.
또한, 코발트가 없는 LFP/LFMP 배터리의 kWh 비용은 NCM 811과 같은 니켈 함량이 높은 배터리보다 약 20% 저렴합니다. 그럼에도 불구하고 LFP/LFMP 배터리 셀이 없더라도 Volkswagen은 이미 kWh 비용이 100유로 미만임을 증명합니다. 자동차 제조업체는 판매에 관심이 있다면 적당한 범위의 전기 자동차를 지금 당장 저렴하게 만들 수 있습니다.
Volkswagen의 배터리 비용 로드맵
어쨌든 SVOLT 및 CATL의 CTP 기술 구현에 대해 더 알고 싶습니다. 현재로서는 BYD 자체 버전의 CTP에 대한 자세한 내용을 가지고 있습니다.
게다가 국내 전지업체들이 무코발트 전지의 중요성을 깨닫고 양산을 시작하는 데 얼마나 걸릴지 궁금하다. 현재 BYD 및 CATL과 같은 중국 회사는 이러한 화학 분야에서 경쟁이 없는 전문가입니다. 하지만 LG화학과 삼성SDI가 LFMP 케미스트리를 개선하기 위해 노력하는 모습을 보면 정말 기쁠 것입니다.
마지막으로, 저는 매우 낙관적이며 가까운 미래(1~2년) 안에 대부분의 전기 자동차에 간단한 CTP 기술로 만든 LFMP(비용 최적화) 및 NCMA(주행 범위 최적화) 배터리 팩을 사용할 수 있을 것으로 기대합니다.
