고전압 전기 자동차(EV)의 미래: 배터리 성능 및 안전 대책의 중요성

최근, 커넥티드, 자동화, 공유, 전동화 등 「CASE」라고 불리는 기술 혁신이 진행되고 있는 가운데, 특히 전동화를 상징하는 전기 자동차(EV)는 주목을 받고 있습니다. 전기 자동차의 보급은 지속 가능한 사회의 실현을 향한 중요한 단계가 되고 있다고 말할 수 있을 것이다. 이 기사에서는 전기 자동차에서 리튬 이온 배터리의 역할, 배터리의 고전압화 배경 및 그 안전 대책에 대해 덱세리얼즈의 솔루션을 섞으면서 상세히 설명합니다.

전기자동차(EV)의 보급 상황

전기 자동차의 보급은 SDGs와 환경에 대한 배려, 이산화탄소 삭감의 흐름으로부터 각국에서 보조금이 지급됨으로써 가속하고 있습니다. 정부의 강력한 정책 지원 외에도 소비자의 환경 의식 증가는 전기 자동차 시장의 확대를 뒷받침하고 있습니다. 또, 북미나 중국, 동남아시아의 신흥 전기 자동차 메이커가 일본을 포함한 각국 시장에 참가하고 있는 것도 보급을 촉진하는 요인이 되고 있습니다. 이러한 배경에서 모터쇼와 딜러, 이벤트, 쇼핑몰의 특설 공간 등에서 전기 자동차를 볼 기회도 늘어났습니다.
전기 자동차는 전지와 모터로 움직이기 때문에, 엔진 차에 비해 차내외의 정숙성이 높고, 배기 가스를 내지 않는 점에서 환경 친화적인 차라고 말해지고 있습니다. 최근에는 보조금 지급도 있기 때문에, 본체 가격의 높이를 상쇄해, 일반 소비자에게도 구입하기 쉬워져 왔습니다. 국제에너지기구(IEA)의 발표에 따르면 2023년 세계 전기차(승용차만)의 신차 판매 대수는 전년 대비 35% 증가한 약 1,400만대에 달하고 있습니다*. 특히 중국은 전기차 판매가 810만대로 돌출해 많고, 이어 유럽이 330만대, 미국이 139만대로 이어진다. 중국은 세계 전기 자동차 판매의 60% 가까이를 차지하고 있으며, 이어 유럽, 미국이 이어지고 있다.
*출처: Trends in electric cars – Global EV Outlook 2024 – Analysis – IEA

전기 자동차 (EV)의 리튬 이온 배터리

급속히 성장하는 전기 자동차 시장 속에서 리튬 이온 배터리를 사용한 배터리 팩은 중요한 역할을 하고 있습니다. 전지 성능의 향상은 항속 거리, 중량, 충전 비용에 직결하고 있어 자동차 메이커는 각사 독자적인 설계 수법으로 차별화를 도모하고 있습니다.
초기 시장에서는 각형 배터리 팩을 사용한 전기 자동차가 주류였습니다. 그러나 그 후, 북미의 전기 자동차 메이커가 수천개의 원통형 리튬 이온 전지를 접속해 배터리 팩을 설계해, 시장에서 크게 보급한 것으로부터, 각사가 독자적인 설계 수법으로 차별화를 도모하게 되었습니다. 최근 중국 제조사가 블레이드형 배터리를 채용하는 등 다양한 형상과 설계가 시도되고 있다.

리튬 이온 전지의 기술 진화는 눈부시고 에너지 밀도의 향상, 충전 속도의 단축, 수명의 연장이 요구되고 있습니다. 예를 들어, 고체 전해질을 이용한 전고체 전지는 종래의 리튬 이온 전지에 비해 안전성이 높고 에너지 밀도도 향상될 것으로 기대되고 있다. 이로써 전기 자동차의 항속 거리를 더욱 늘릴 수 있습니다.
또한, 전지의 설계에 있어서는, 셀의 배치나 냉각 시스템의 효율화도 중요한 요소입니다. 셀의 배치에 의해 에너지 밀도를 극대화하면서, 냉각 시스템에 의해 적절한 온도 관리를 실시하는 것으로, 배터리의 수명을 연장해, 안전성을 확보합니다. 이러한 기술적 발전으로 인해 전기 자동차의 성능이 점차 향상되고 있습니다.

차량용 배터리의 800V 고전압화

현재, 전기 자동차 중에는 전지 전압을 종래의 400V에서 800V로 높이는 모델도 등장하고 있습니다. 이렇게 하면 충전 시간을 단축하고 항속 거리를 연장할 수 있습니다. 800V 고전압화로 충전 인프라 효율이 향상되고 사용자 편의성이 크게 향상됩니다.
800V 고전압화의 장점은 다음과 같습니다.

• 충전 시간 단축: 800V 시스템에서는 약 20분만에 항속 거리 400km를 확보할 수 있습니다.
• 동력 성능 향상: 고전압에 의해 구동 모터의 소형·경량화가 가능
• 충전 인프라 효율화 : 고전압으로 동일한 에너지를 전송하는 데 필요한 전류를 줄여 케이블 발열을 줄이고 충전기 효율을 향상시킵니다.

전기 자동차의 항속 거리는 일반적인 휘발유 차량과 손색없는 400~500km를 확보하는 것이 목표입니다. 고전압화에 의해, 급속 충전이 가능해, 단시간에 충분한 항속 거리를 확보할 수 있습니다. 또한 전압을 높여 전류를 억제하고 케이블의 발열량을 작게 할 수 있어 전선을 가늘고 가볍게 하기 쉬워집니다. 이로 인해 전체 차량의 효율이 향상되고 항속 거리가 더욱 늘어날 수 있습니다.
한편, 충전 인프라측도 800V에의 대응이 필요합니다. 유럽에서는 800V 대응의 출력이 150kW로 큰 충전기가 설치되기 시작하고 있어 이것이 주류가 되고 있습니다. 일본에서는 50kW(400V・125A)의 충전기가 주류입니다만, 충전 규격에서는 400kW(1000V・400A)에 대응하고 있는 것도 나오고 있습니다. 이러한 점에서도 일본과 중국에서는 EV의 800V화를 진행하는 기반이 갖추어지고 있다고 합니다. 이에 대해 북미에서는 약간 충전 인프라의 보급이 정체되고 있는 상황입니다*.
*참조：SBD Explores: EV의 800V화의 동향, 자동차 메이커는 이것을 채용해야 하는가?

800V 고전압화와 관련된 과제 및 덱세리얼즈 솔루션

그러나 800V 배터리를 채택하기 위해서는 안전 문제를 해결해야 합니다. 전압이 높을수록 절연 파괴 및 아크 방전의 위험이 증가하여 화재나 폭발로 이어질 수 있습니다. 따라서 적절한 단열재와 첨단 안전 시스템이 필수적입니다.
덱세리얼즈는 현재 800V 정격의 2차 보호 퓨즈를 개발하고 있습니다. 이 신제품은 EV 제조업체의 비즈니스를 가속화하고 모빌리티의 진화를 지원할 것입니다. 고전압 EV의 보급과 함께 안전 조치의 중요성이 증가함에 따라 당사의 솔루션은 이러한 과제를 극복하는 데 기여할 것입니다.
자세한 정보나 기술 지원을 위해 당사에 문의하십시오. 우리는 모든 엔지니어의 의견을 기대합니다.