[공학저널 전찬민 기자] 전기자동차 배터리에 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 고성능, 고출력과 중량이나 수명 면에서 이점을 가지고 있는 반면, 비정상적인 상황에서 발화와 폭발의 위험성이 있다. 이러한 문제를 보완하기 위해 필수적인 시스템으로 배터리 관리시스템이 등장했으며 빠르게 성장하고 있는 전기자동차 산업과 함께 그 중요성이 점점 높아지고 있다.
배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 리튬이온 배터리의 모듈과 팩을 구성하는 배터리셀의 작동상태를 모니터링하고 제어하는 축전지 관리시스템이다.
전기자동차는 배터리셀(약 3.6V)을 직렬과 병렬연결을 통해 600V가 넘는 전압을 발생하는 팩을 사용하는데 직렬로 연결된 셀 중 한 개의 셀이라도 고장이 나거나 열화 되면 팩 전체가 영향을 받을 수 있다. 이에 따라 BMS는 각각의 셀에 대해 과충전, 과방전, 과열을 막고 오랫동안 효율적으로 동작하게 함으로써 수명을 최적화 시켜주는 기능을 하고 있다.
전기자동차에 있어서 BMS는 전기자동차의 핵심인 주행거리에 가장 중요한 요소다. 전기자동차의 주행거리는 모터의 효율과 배터리의 에너지 저장밀도가 관건으로 이에 대한 부분은 지속적으로 연구되고 있다. 하지만 모터, 에너지 밀도 등 동일한 조건에서 배터리가 낼 수 있는 에너지를 최상의 컨디션으로 오랫동안 효율적으로 사용할 수 있도록 해주는 것이 바로 BMS다.
배터리는 종류별 충전방식, 방전율, 온도 등으로 인해 내부저항에 변화를 가져와 배터리의 성능과 수명에 영향을 미치게 된다. 이를 향상시키기 위해서는 배터리의 모든 셀을 항상 균등한 충전상태로 유지시켜주는 셀 밸런싱을 통해 각 셀의 에너지 치우침을 막아 수명 최적화하고 각종 변화요소들을 종합 분석해 배터리의 현재 충전상태(SOC, State Of Charge)를 계산한다.
이를 통해 배터리 수명(SOH, State Of Health)을 예측하고 차량 시스템과 연계해 주행가능거리 등을 예측해 운전자의 안전한 운행을 지원하기 위한 기본 데이터를 제공한다. 최근에는 한정된 배터리팩 내부에 여러 개의 BMS를 연결하는 방식을 유선에서 무선으로 변경함으로써 공간을 추가 확보해 배터리를 늘려 주행거리를 연장하는 방법도 개발돼 실제 양산차량에 적용한 사례도 있다.
또한 BMS는 안전성과 신뢰를 보증하는 역할을 한다. 배터리셀, 모듈, 팩 등의 상태를 종합적으로 확인하고 분석해 과전압, 과전류, 저전압, 발열 등으로 인한 폭발 등의 심각한 문제를 일으킬 수 있는 상황에 대해 제한 또는 차단을 통한 배터리 또는 나아가 운전자의 안전성을 확보해 주고 전기자동차 시스템의 신뢰성을 확보해 준다.
이렇듯 전기자동차의 주행거리를 연장하고, 안전성과 신뢰성을 확보해주는 BMS는 연구기관뿐만 아니라 많은 기업들이 연구 개발을 진행하고 있다.
그 중 ㈜코리아하이텍은 리튬이온 배터리셀을 기반으로 내연기관용 납축 배터리를 대체하기 위한 시동형 배터리와 관련 BMS를 개발했으며, 차량의 기타 보조배터리용 BMS를 양산 개발을 진행해 주목을 받고 있다.
특히 LDC(Low voltage DCDC Converter)와 BMS를 통합한 시스템을 탑재한 전기자동차용 12V 배터리 팩을 선행개발 완료하는 등 2차 전지 기반의 BMS와 관련 하드웨어, 소프트웨어 기술을 확보해왔다. 이와 관련된 제품 양산화를 위한 수주활동을 전개함과 동시에 추가적인 경쟁력 확보를 위해 무선 BMS 등 신기술을 포함한 BMS를 업그레이드해 개발해 오고 있다.
코리아하이텍은 1978년 설립 이래 40여 년 동안 지속적인 자동차 전장부품의 개발을 통해 현대·기아 자동차, 현대모비스, LG전자와 협력하며, 자동차부품 1차 협력사로 성장했다. 특히, 특허 기반의 신제품 개발을 통해 매출확대를 이루고 이를 다시 R&D에 투자해 새로운 성장 동력을 확보해 나가는 선순환 투자구조를 지향하고 있다. 그 결과 발명의 날 산업포장 수상과 글로벌선도기업 선정, Kibo Star 벤처기업 인증 등 대내외적인 성장도 함께 이루고 있다.
코리아하이텍은 BMS뿐만 아니라 차량 실내에서 USB 메모리나 스마트폰에 저장돼 있는 음원 또는 영상파일을 HEAD UNIT에 전송하는 멀티단자와, 스마트 기기나 소형 전자기기를 위한 10W, 15W, 27W급의 충전기를 직접 개발해 납품하고 있다.
또한 기존 차량용 12V 배터리용 IBS, 100W~400W급 LDC, 부저 등을 개발해 양산 승인을 획득했다. 그 외에도 자동차에서의 에너지하베스팅 시스템, 즉 태양광 발전, 배기열 발전과 진동발전을 활용한 보조파워넷 시스템과 관련 BMS와 보조배터리, 발전레귤레이터, 통합파워제어기 등을 선행 개발했으며, EV와 FCEV 특장차량용 통합파워제어기 등도 개발 중에 있다.
코리아하이텍 김은수 전무는 “내연기관 자동차뿐만 아니라 친환경 자동차용 보조 배터리 또는 저압용 배터리에 대한 양산 가능한 배터리 관리 시스템 기술을 보유하고 추가적인 기술개발을 포함한 시스템 업그레이드 개발을 진행 중”이라며 “축적된 기술을 바탕으로 전기자동차의 주 전원인 고전압 배터리와 다양한 모빌리티 분야에 활용할 수 있는 유무선 기반의 배터리관리시스템 기술을 확보해 자동차 전장화와 모빌리티 다양성에 적합한 배터리 관리 시스템 공급이 가능할 것”이라고 말했다.
자동차 산업분야는 전기자동차와 수소전기차 등 친환경 자동차 시대로 빠르게 전환돼가고 있으며, 자동차 전장부품 또한 이러한 변화에 적합한 제품과 기술 개발이 진행되고 있다. 코리아하이텍도 이러한 변혁의 시대에 맞춰 전기자동차의 핵심 요소 중 하나인 BMS에 대한 기술과 노하우를 축적함으로써 전동화 시대에 맞는 글로벌 전장부품 전문기업으로 도약하고자 할 예정이다.
