올겨울에도 극심한 한파가 지나갔습니다. 강한 추위가 찾아올 때면, 모두 한 번쯤은 일상에서 스마트폰이나 전자기기가 사용 중 갑자기 꺼지거나 배터리가 유독 빨리 닳는 것처럼 느껴지는 경험을 해보셨을 텐데요. 이번 시간에는 그 이유에 대해 알아보겠습니다.
Q. 겨울철에는 배터리가 빨리 방전되나요?
우리가 사용하고 있는 리튬이온배터리는 리튬이온이 전해질을 통해 양극과 음극을 오가면서 충·방전되는 원리입니다.
만약 외부 온도가 낮아져 배터리 내부와 전해질이 차가워지면, 활발히 움직여야 할 ‘리튬이온’의 운동력은 저하됩니다. 리튬이온의 이동 속도가 느려지면서 배터리 에너지의 효율은 떨어지고, 우리는 배터리가 빨리 방전되는 것처럼 느끼는 것이죠.
Q. 추운 날씨가 배터리와 전기차에는 어떤 영향을 미치나요?
낮은 온도로 인해 리튬이온의 운동력이 둔해지면, 내부 저항이 생겨 배터리 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다.
먼저, 충전 속도가 감소할 수 있는데요. 한 연구에 따르면, 영하 10℃에서는 배터리의 충전율이 약 30% 감소합니다. 전기차의 경우엔 주행거리가 감소할 수 있는데요. 노르웨이 자동차 연맹(NAF)의 발표에 따르면, 겨울철 전기차의 주행거리는 평균 18.5%가 감소했다고 합니다.
Q. 낮은 온도로 인한 배터리 방전, 어떻게 대비할 수 있나요?
추위로 인해 한번 방전된 배터리는 보통, 온도가 다시 올라가면 리튬이온의 이동 속도도 원래 속도로 회복하게 됩니다. 하지만, 급격한 온도 변화로 배터리 소재가 손상될 경우 배터리 성능에 영향을 끼칠 수 있기 때문에 미리 대비하는 것이 중요합니다.
1. 완전 방전 & 과충전 피하기
완전 방전과 과충전은 리튬이온배터리에 안 좋은 영향을 미칩니다. 배터리의 전압이 기준 이하로 떨어지면 내부 집전체가 손상되어 성능이 떨어질 수 있고, 반대로 과충전은 배터리의 용량과 수명을 단축시키고 고장을 일으킬 수 있습니다. 따라서 리튬이온배터리를 사용하는 전자기기나 전기차는 배터리가 완전히 방전되지 않도록 하고, 배터리의 80~90% 정도만 충전해주는 것이 좋습니다. 이에 따라 전기차는 BMS(배터리 관리 시스템)를 통해 과충전을 방지하고 있습니다.
2. 완속 충전하기
급속 충전은 우리에게 편리함을 주지만, 배터리에는 부담을 주어 배터리 수명을 단축시킬 수 있습니다. 그렇기 때문에 월 1회 정도는 100% 완속 충전해 주는 것이 좋은데요. 이는 여러 개의 배터리 셀이 균일하게 충전될 수 있게 하여 배터리 성능을 유지하는 데 도움을 줍니다.
3. 전기차는 실내 주차 & 탑승 전 난방 세팅하기
온도에 민감한 리튬이온배터리의 특성을 고려하여, 겨울철에 전기차는 가능한 실내 주차하는 것이 좋습니다. 또한, 추운 날씨에 전력 소모가 많은 히터를 함께 사용하면 전력이 빠르게 소진되고 주행거리가 급감할 수 있으니, 차량 탑승 전 미리 히터를 틀어 실내를 따뜻하게 하고 운행 중 열선 시트와 열선 핸들을 이용하는 것도 좋은 방법입니다.
한편, 온도 변화에 따라 영향을 받고 있는 리튬이온배터리 현상을 개선하기 위해, 업계 전문가들은 리튬이온이 이동하는 전해질의 용매 조성을 바꿔 점도를 조정하는 방법이나 전고체 배터리 개발 등 다양한 방향으로 연구가 진행되고 있습니다.