고출력 DC 충전기가 출시됩니다

전기 자동차 충전 기술의 발전과 급속 충전 수요에 따라 산업정보부는 국가 자동차 표준화 기술위원회를 구성하여 두 가지 국가 표준 권고안을 개정하고, 기존 2015년 국가 표준안을 새로운 수준으로 업그레이드(일명 "2015+" 표준)했습니다. 이는 전도성 충전 연결 장치의 환경 적응성, 안전성 및 신뢰성을 더욱 향상시키는 동시에 직류 저전력 및 고전력 충전에 대한 실제 요구를 충족하는 데 기여합니다.

다음 단계로, 산업정보화부는 관련 부서를 조직하여 두 가지 국가 표준에 대한 심층적인 홍보, 판촉 및 시행을 추진하고, 고출력 DC 충전 등의 기술의 보급과 적용을 촉진하며, 신에너지 자동차 산업과 충전 설비 산업을 위한 양질의 발전 환경을 조성할 것입니다. 느린 충전 속도는 전기차 산업의 핵심적인 문제점으로 오랫동안 지적되어 왔습니다.

쑤저우증권의 보고서에 따르면, 2021년 고속 충전을 지원하는 인기 모델의 평균 이론 충전 속도는 약 1C(C는 배터리 시스템의 충전 속도를 나타내며, 쉽게 말해 1C 충전은 60분 만에 배터리를 완전히 충전할 수 있음을 의미합니다)로, 약 30분 만에 SOC 30%~80%까지 충전할 수 있으며, 배터리 수명은 약 219km(NEDC 기준)에 달합니다.

실제로 대부분의 순수 전기차는 30%~80%의 배터리 충전량(SOC)을 확보하는 데 40~50분이 소요되며, 이를 통해 약 150~200km를 주행할 수 있습니다. 충전소에 들어가고 나오는 시간(약 10분)을 포함하면, 약 1시간 충전으로 고속도로에서 주행 가능한 시간은 1시간 남짓에 불과합니다.

고출력 DC 충전과 같은 기술의 보급 및 적용을 위해서는 향후 충전 네트워크의 추가적인 업그레이드가 필요합니다. 과학기술부는 이전에 우리나라가 현재 세계 최대 규모의 충전 설비와 가장 넓은 커버리지를 갖춘 충전 시설 네트워크를 구축했다고 소개한 바 있습니다. 새로 설치된 공공 충전 시설의 대부분은 120kW 이상의 DC 고속 충전 설비입니다.7kW AC 저속 충전기민간 부문에서는 이미 표준이 되었습니다. DC 고속 충전은 특수 차량 분야에서 이미 보편화되었습니다. 공공 충전 시설은 실시간 모니터링을 위한 클라우드 플랫폼 네트워크를 갖추고 있으며, 앱을 통한 충전소 찾기 및 온라인 결제가 널리 사용되고 있습니다. 또한 고출력 충전, 저출력 DC 충전, 자동 연결 및 순차 충전과 같은 신기술이 점차 산업화되고 있습니다.

향후 과학기술부는 효율적인 협력 충전 및 교환을 위한 핵심 기술 및 장비, 예를 들어 차량 데이터센터 클라우드 연계 핵심 기술, 충전 시설 계획 방법 및 효율적인 충전 관리 기술, 고출력 무선 충전 핵심 기술, 그리고 전력 배터리 신속 교체 핵심 기술 등에 대한 과학기술 연구를 강화할 것입니다.

반면에,고출력 DC 충전이는 전기 자동차의 핵심 부품인 배터리의 성능에 더 높은 요구 조건을 부과합니다.

쑤저우증권의 분석에 따르면, 우선 배터리 충전 속도를 높이는 것은 에너지 밀도를 높이는 원칙에 위배됩니다. 왜냐하면 높은 충전 속도를 위해서는 배터리의 양극 및 음극 재료 입자가 더 작아야 하지만, 높은 에너지 밀도를 위해서는 양극 및 음극 재료 입자가 더 커야 하기 때문입니다.

둘째로, 고출력 상태에서 고속 충전을 하면 배터리에 더 심각한 리튬 석출 부반응과 발열 효과가 발생하여 배터리 안전성이 저하됩니다.

그중에서도 배터리 음극 소재는 고속 충전의 주요 제한 요소입니다. 음극의 흑연은 그래핀 시트로 구성되어 있으며, 리튬 이온은 시트의 가장자리를 통해 침투합니다. 따라서 고속 충전 과정에서 음극은 이온 흡수 능력의 한계에 빠르게 도달하고, 리튬 이온은 흑연 입자 표면에 고체 리튬 금속을 형성하기 시작하는데, 이를 리튬 침전 부반응이라고 합니다. 리튬 침전은 리튬 이온이 존재할 수 있는 음극의 유효 면적을 감소시킵니다. 이는 배터리 용량을 저하시키고 내부 저항을 증가시켜 수명을 단축시키는 한편, 계면 결정이 성장하여 분리막을 뚫고 나와 안전성에 영향을 미칠 수 있습니다.

상하이 한드위 산업 유한회사의 우닝닝 교수를 비롯한 연구진은 이전에도 전력 배터리의 고속 충전 성능을 향상시키기 위해서는 배터리 양극재 내 리튬 이온의 이동 속도를 높이고 음극재에 리튬 이온이 빠르게 삽입되도록 해야 한다고 기술한 바 있다. 또한 전해액의 이온 전도도를 개선하고, 고속 충전 분리막을 선택하며, 전극의 이온 및 전자 전도도를 향상시키고, 적절한 충전 전략을 선택해야 한다고 지적했다.

하지만 소비자들이 기대할 만한 점은 지난해부터 국내 배터리 업체들이 고속 충전 배터리 개발 및 상용화에 박차를 가하고 있다는 것입니다. 올해 8월, 업계 선두 기업인 CATL은 양극 리튬인산철 시스템 기반의 4C 선싱(Shenxing) 초고속 충전 배터리를 출시했습니다. (4C는 15분 만에 완충이 가능하다는 의미입니다.) 이 배터리는 "10분 충전으로 400kW 주행 가능"이라는 초고속 충전 속도를 자랑합니다. 상온에서 10분 만에 80%까지 충전이 가능하며, 동시에 CATL은 시스템 플랫폼에 셀 온도 제어 기술을 적용하여 저온 환경에서도 최적 작동 온도 범위까지 빠르게 가열할 수 있습니다. 영하 10도의 저온 환경에서도 30분 만에 80%까지 충전이 가능하며, 극한의 저온 환경에서도 정지 상태에서 100km/h까지 가속 시 배터리 잔량 감소가 거의 없습니다.

CATL에 따르면, Shenxing 초고속 배터리는 올해 안에 양산될 예정이며, Avita 모델에 최초로 탑재될 것이다.

 

CATL의 3원계 리튬 양극 소재 기반 4C 키린 고속 충전 배터리는 올해 이상적인 순수 전기 모델을 출시했으며, 최근에는 초호화 사냥용 슈퍼카 001FR을 출시했습니다.

닝더 타임즈 외에도 중국 신항공은 국내 배터리 회사들 중 800V 고전압 고속 충전 분야에서 사각형과 대형 원통형 두 가지 형태의 배터리 솔루션을 제공하고 있습니다. 사각형 배터리는 4C 고속 충전을 지원하고, 대형 원통형 배터리는 6C 고속 충전을 지원합니다. 사각형 배터리 솔루션과 관련하여 중국 신항공은 샤펑 G9에 800V 고전압 플랫폼을 기반으로 개발된 차세대 고속 충전 리튬 철 배터리와 중니켈 고전압 삼원계 배터리를 제공하며, 이 배터리는 20분 만에 SOC를 10%에서 80%까지 충전할 수 있습니다.

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

이웨이 리튬 에너지(Yiwei Lithium Energy)는 2023년에 대형 원통형 배터리 'π' 시스템을 출시할 예정입니다. 이 배터리의 'π' 냉각 기술은 고속 충전 시 발생하는 배터리 발열 문제를 해결할 수 있습니다. 46 시리즈 대형 원통형 배터리는 2023년 3분기에 양산 및 출하될 것으로 예상됩니다.

올해 8월, 선완다(Sunwanda)는 투자자들에게 자사가 전기차(BEV) 시장을 위해 출시한 '플래시 차지' 배터리가 800V 고전압 및 400V 상전압 시스템에 적용 가능하다고 밝혔습니다. 초고속 충전 4C 배터리 제품은 1분기에 양산에 들어갔으며, 4C~6C '플래시 차지' 배터리 개발은 순조롭게 진행되고 있습니다. 전체 시나리오를 구현하면 10분 만에 400kW의 배터리 수명을 충전할 수 있습니다.