약한 셀만 건너뛰는 배터리 — 샬머스 공대 "수명 20% 이상 연장" 시뮬레이션

샬머스 공과대학 연구진이 스위치와 제어 장치로 셀 또는 셀 그룹의 결선을 바꿀 수 있는 재구성형 배터리 팩을 평가한 연구 결과를 내놨다. 성능이 떨어진 셀을 골라 우회하고 남은 용량은 계속 쓰는 방식이다. 연구에 따르면 셀을 개별로 제어하는 가장 진전된 조건의 시뮬레이션에서 일부 고전압 차량의 수명이 20% 이상 늘어났고, 직렬 연결 셀이 많은 전기 트럭과 장거리 전기차에서 효과가 특히 크다. 논문 제목은 "System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs"이며 Nature Communications에 게재됐다. 샬머스 외에 PHINIA와 스카니아 관계자가 참여했다.

전기차 배터리 팩은 수많은 셀이 서로 연결된 구조이고, 셀의 노화 속도는 균일하지 않다. 기존 구조에서는 특히 약해진 셀 하나가 팩 전체의 가용 용량과 수명을 제한한다. 연구진은 효과의 크기를 보이기 위해 80kWh 배터리와 연간 주행 1만2,000km를 가정한 사례를 들었다. 기존 팩을 10년 뒤 교체한다고 보면, 재구성형 팩은 모델상 약 11년이 지나서야 같은 노화 상태에 도달한다. 약 14개월 차이다.

팩이 덜 노화한 만큼 잔존가치도 높아진다. 추가 전자 장치가 필요해 초기 비용은 올라가지만, 수명과 잔존가치가 현실적인 조건에서 그 비용을 상쇄할 수 있다는 것이 연구의 해석이다. 생산 단계의 이점도 거론됐다. 지금은 특성이 최대한 비슷한 셀을 골라내는 셀 매칭에 상당한 검사가 들어가지만, 재구성형 팩은 셀 간 차이를 더 허용해 이 부담을 줄일 수 있다. 약한 셀 하나가 팩 전체를 퇴역시키지 않으므로 차량에서 더 오래 쓰고 이후 고정형 저장장치로 재활용하기에도 유리하다는 평가다. 다만 실제로는 셀 단위보다 셀 그룹 단위 제어가 유력해, 20% 이상이라는 수치는 이론적 상한에 해당한다. 샬머스는 지난 5월 배터리 상태에 맞춰 충전 과정을 조절해 시뮬레이션에서 수명을 약 23% 늘리는 AI 기반 급속충전 전략도 공개했다.

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