고출력 DC 충전 PILL이 온다

전기 자동차 충전 기술의 발전과 급속 충전 수요에 따라, 공업정보화부는 국가자동차표준화기술위원회를 구성하여 두 가지 권장 국가표준의 개정을 완료하여, 2015년 원본 국가표준안(일반적으로 "2015+" 표준이라고 함)을 새롭게 업그레이드하였습니다. 이는 전도성 충전 연결 장치의 환경 적응성, 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시키는 데 도움이 되며, 동시에 DC 저전력 및 고전력 충전의 실제 요구를 충족합니다.

다음 단계에서 공업정보화부는 관련 부서를 조직하여 두 국가 표준의 심층적인 홍보, 보급 및 시행을 추진하고, 고출력 직류 충전 등 기술의 보급 및 적용을 촉진하며, 신에너지 자동차 산업과 충전 설비 산업을 위한 고품질 발전 환경을 조성할 것입니다. 완속 충전은 전기차 산업의 핵심적인 문제였습니다.

수저우증권 보고서에 따르면, 2021년 급속 충전을 지원하는 인기 모델의 이론 충전 속도 평균은 약 1C(C는 배터리 시스템의 충전 속도를 나타냅니다. 일반인이 이해하기 쉽게 1C 충전으로 배터리 시스템을 60분 만에 완전히 충전할 수 있음)입니다. 즉, SOC 30%-80%에 도달하는 데 약 30분이 걸리고 배터리 수명은 약 219km(NEDC 기준)입니다.

실제로 대부분의 순수 전기차는 SOC 30~80% 달성에 40~50분의 충전이 필요하며, 약 150~200km를 주행할 수 있습니다. 충전소 입출차 시간(약 10분)을 포함하면, 약 1시간 충전에 걸리는 순수 전기차는 고속도로 주행 시 약 1시간 이상만 주행할 수 있습니다.

고출력 DC 충전과 같은 기술의 보급 및 적용은 향후 충전망의 추가적인 고도화를 요구할 것입니다. 과학기술부는 앞서 우리나라가 현재 세계에서 가장 많은 충전 설비와 가장 넓은 커버리지를 갖춘 충전 시설망을 구축했다고 발표했습니다. 새롭게 건설되는 공공 충전 시설은 대부분 120kW 이상의 DC 급속 충전 설비입니다.7kW AC 완속 충전 파일민간 부문에서는 DC 급속 충전이 표준으로 자리 잡았습니다. DC 급속 충전은 특수 차량 분야에서 이미 보편화되었습니다. 공공 충전 시설은 실시간 모니터링을 위한 클라우드 플랫폼 네트워킹, APP 파일 검색 및 온라인 결제 기능을 갖추고 있으며, 고출력 충전, 저출력 DC 충전, 자동 충전 연결, 순차 충전 등 신기술이 점차 산업화되고 있습니다.

과학기술부는 향후 차량 파일 클라우드 연동 핵심 기술, 충전 시설 계획 및 체계적인 충전 관리 기술, 고출력 무선 충전 핵심 기술, 그리고 전력 배터리 신속 교체 핵심 기술 등 효율적인 협력 충전 및 교체를 위한 핵심 기술 및 장비 개발에 집중할 계획입니다. 과학기술 연구도 강화할 것입니다.

반면에,고전력 DC 충전전기 자동차의 핵심 구성 요소인 전원 배터리의 성능에 대한 요구 사항이 더 높아졌습니다.

쑤저우증권의 분석에 따르면, 우선 배터리의 충전속도를 높이는 것은 에너지 밀도를 높이는 원칙에 어긋납니다. 충전속도가 높으면 배터리의 양극과 음극재 입자가 더 작아야 하고, 에너지 밀도가 높으면 양극과 음극재 입자가 더 커야 하기 때문입니다.

둘째, 고출력 상태에서 고속 충전을 하면 배터리에 심각한 리튬 침전 부작용과 발열 효과가 나타나 배터리의 안전성이 저하됩니다.

그 중에서도 배터리 음극 소재는 급속 충전의 주요 제한 요인입니다. 음극 흑연은 그래핀 시트로 구성되어 있어 리튬 이온이 시트 가장자리를 통해 유입되기 때문입니다. 따라서 급속 충전 과정에서 음극은 이온 흡수 능력의 한계에 빠르게 도달하여 리튬 이온이 흑연 입자 위에 고체 금속 리튬을 형성하기 시작합니다. 즉, 리튬 침전 부반응이 발생합니다. 리튬 침전은 리튬 이온이 음극에 효과적으로 삽입될 수 있는 면적을 감소시켜 배터리 용량을 감소시키고 내부 저항을 증가시키며 수명을 단축시킵니다. 또한 계면 결정이 성장하여 분리막을 뚫고 들어가 안전성에 영향을 미칩니다.

상하이 핸드웨 산업(Shanghai Handwe Industry Co., Ltd.)의 우닝닝 교수 등은 전력 배터리의 고속 충전 성능을 향상시키려면 배터리 양극재 내 리튬 이온의 이동 속도를 높이고 음극재 내 리튬 이온의 포매 속도를 높여야 한다고 이전에 밝힌 바 있습니다. 전해질의 이온 전도도를 향상시키고, 고속 충전 분리막을 선택하고, 전극의 이온 및 전자 전도도를 개선하고, 적절한 충전 전략을 선택해야 합니다.

하지만 소비자들이 기대할 수 있는 점은 작년부터 국내 배터리 회사들이 고속 충전 배터리를 개발하고 보급하기 시작했다는 것입니다. 올해 8월, 선두 기업 CATL은 양극성 리튬철인산염 시스템(4C는 배터리가 15분 만에 완전히 충전될 수 있음을 의미)을 기반으로 하는 4C Shenxing 슈퍼차저 배터리를 출시했습니다. 이 배터리는 "10분 충전으로 400kW 주행 가능"이라는 초고속 충전 속도를 구현합니다. 상온에서 배터리는 10분 만에 80% SOC까지 충전할 수 있습니다. 동시에 CATL은 시스템 플랫폼에 셀 온도 제어 기술을 적용하여 저온 환경에서도 최적의 작동 온도 범위까지 빠르게 가열할 수 있습니다. -10°C의 저온 환경에서도 30분 만에 80%까지 충전할 수 있으며, 저온 부족 상태에서도 제로백 가속 시 전기적 상태가 저하되지 않습니다.

CATL에 따르면, Shenxing 슈퍼차저 배터리는 올해 안에 양산될 예정이며 Avita 모델에 처음으로 사용될 예정입니다.

 

CATL의 3원 리튬 양극 소재를 기반으로 한 4C 기린 고속 충전 배터리도 올해 이상적인 순수 전기 모델을 출시했으며, 최근에는 극도로 고급스러운 사냥용 슈퍼카 001FR을 출시했습니다.

닝더타임스(Ningde Times)를 비롯한 국내 배터리 회사들 외에도 중국신항공(China New Aviation)은 800V 고전압 고속 충전 분야에서 사각형 배터리와 대형 원통형 배터리 두 가지 방식을 제시했습니다. 사각형 배터리는 4C 고속 충전을 지원하고, 대형 원통형 배터리는 6C 고속 충전을 지원합니다. 각형 배터리 솔루션과 관련하여, 중국이노베이션항공(China Innovation Aviation)은 샤오펑(Xpeng) G9에 800V 고전압 플랫폼을 기반으로 개발된 차세대 고속 충전 리튬-철 배터리와 중니켈 고전압 삼원 배터리를 제공하며, 이 배터리들은 20분 만에 충전 상태(SOC)를 10%에서 80%까지 달성할 수 있습니다.

허니콤 에너지는 2022년에 드래곤 스케일 배터리를 출시했습니다. 이 배터리는 철-리튬, 삼원계, 코발트 무함유 등 모든 화학 시스템 솔루션과 호환됩니다. 1.6C~6C 고속 충전 시스템을 지원하며 A00-D급 시리즈 모델에 장착 가능합니다. 이 모델은 2023년 4분기에 양산될 예정입니다.

이웨이 리튬 에너지는 2023년에 대형 원통형 배터리 파이(π) 시스템을 출시할 예정입니다. 이 배터리의 "π" 냉각 기술은 배터리의 급속 충전 및 발열 문제를 해결할 수 있습니다. 46 시리즈 대형 원통형 배터리는 2023년 3분기에 양산 및 출시될 예정입니다.

올해 8월, 선완다(Sunwanda)는 투자자들에게 자사가 현재 BEV 시장에 출시한 "플래시 충전" 배터리가 800V 고전압 및 400V 일반 전압 시스템에 모두 적용 가능하다고 발표했습니다. 초고속 충전 4C 배터리 제품은 1분기에 양산을 시작했습니다. 4C-6C "플래시 충전" 배터리 개발은 순조롭게 진행되고 있으며, 10분 만에 400kW의 배터리 수명을 달성할 수 있을 것으로 예상됩니다.