전기차를 타다 보면 배터리를 20~80% 범위에서 충전하라는 이야기를 한 번쯤 접하게 됩니다. 이른바 ’80/20 Rule’인데요. 정말 이 범위를 지켜야 배터리가 오래갈까요?
사실 중요한 것은 ‘20’과 ‘80’이라는 숫자 자체보다 배터리가 지나치게 높거나 낮은 충전 상태에 장시간 머무르거나 해당 영역에서 반복적으로 사용되는 것을 줄이는 것입니다. 그렇다면 80/20 Rule은 왜 생겨났고, 배터리의 충전 상태는 수명과 어떤 관계가 있을까요? 이번 시간에는 80/20 Rule의 의미부터 배터리 수명에 영향을 미치는 다양한 요인과 이를 관리하는 기술까지 알아보겠습니다.
배터리의 80/20 Rule이란?
‘80/20 Rule’은 배터리의 SoC(State of Charge)*를 지나치게 높거나 낮은 상태로 장시간 유지하지 않고, 20~80% 범위에서 활용하는 방식을 의미합니다. SoC는 배터리의 현재 충전 상태를 나타내는 지표로, 사용 가능한 전체 용량 대비 현재 남아 있는 전하량의 비율을 백분율(%)로 나타낸 값입니다.
80/20 Rule은 모든 배터리에 동일하게 적용되는 절대적인 공식은 아닙니다. 배터리 화학계와 셀 설계, 사용 환경 등에 따라 적절한 충전 조건이 달라질 수 있으며, 실제 충전 시에는 차량 제조사의 권장사항을 확인하는 것이 중요합니다. 따라서 80/20 Rule은 반드시 지켜야 하는 규칙이라기보다 배터리 충전과 관리를 위한 하나의 가이드로 이해하는 것이 좋습니다.
*배터리 용어사전 – SoC (State of Charge) 보러가기
왜 20~80%일까?
배터리는 SoC에 따라 내부의 전기화학적 상태와 전압 조건이 달라지고, 이에 따라 열화 양상에도 차이가 나타날 수 있습니다. 높은 SoC 영역에서는 전압이 높아지면서 전해질의 안정성이 낮아져 열화가 촉진될 수 있는데요. 반대로 낮은 SoC 영역에서 충·방전을 반복하는 경우에도 배터리의 특성과 운용 조건에 따라 열화가 빨라질 수 있습니다.
실제 연구에서도 이런 경향이 확인됩니다. Journal of Energy Storage에 2024년 게재된 연구에서는 21700 리튬이온 셀을 대상으로 SoC 구간에 따른 열화 특성을 분석했는데요. 그 결과, 매우 높거나 낮은 SoC에서 충·방전을 반복한 셀은 중간 SoC 영역보다 빠른 열화를 보였습니다. 특히 25% 미만의 SoC에서 충·방전을 반복한 셀에서 가장 빠른 열화가 관찰됐고, 85%를 초과하는 높은 SoC 영역에서도 열화가 빨라지는 경향이 나타났습니다. 또 다른 연구에서는 리튬이온 배터리의 시간 경과에 따른 열화(calendar aging)를 분석한 결과, 온도와 SoC가 리튬 손실과 전해질 전도도(electrolyte conductivity) 저하에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
이러한 결과는 배터리의 열화가 특정 SoC 수치 하나로 결정되는 것이 아니라, SoC 영역과 그 상태에서의 사용 조건에 따라 달라질 수 있음을 보여줍니다.
100% 충전은 배터리 수명에 어떤 영향을 미칠까?
그렇다면 100% 충전은 피해야 할까요? 꼭 그렇지는 않습니다. 장거리 주행처럼 최대 사용 가능 용량이 필요한 상황에서는 100% 충전이 필요할 수 있습니다. 중요한 것은 100% 충전 자체를 피하는 것이 아니라 ‘배터리 특성과 사용 목적에 맞는 충전 방식을 선택하는 것’입니다.
실제로 전기차 사용자 매뉴얼을 살펴보면 배터리 타입에 따라 권장 충전 방식이 다르게 안내되기도 합니다. 일부 배터리 타입은 일상적인 사용 시 80%까지 충전하는 것을 권장하는 반면, 다른 타입은 일정 주기마다 100%까지 충전하도록 권장하기도 합니다. 이는 모든 전기차 배터리에 동일한 충전 기준을 적용하기보다 배터리 특성과 차량별 권장사항을 고려해야 한다는 것을 보여줍니다.
배터리 수명에 영향을 미치는 요인은 무엇일까?
배터리 수명은 SoC(State of Charge)뿐만 아니라 충·방전 깊이(DoD), 충·방전 속도(C-rate), 온도, 사용 패턴 등 다양한 운용 및 환경 조건의 영향을 받을 수 있습니다. 각 요소가 배터리 수명과 어떤 관계가 있는지 하나씩 살펴보겠습니다.
① SoC(State of Charge) : 배터리의 현재 충전 상태를 나타내는 지표입니다. 배터리가 어느 SoC 영역에서 얼마나 오래 유지되는지에 따라 열화 양상에 차이가 나타날 수 있습니다.
② DoD(Depth of Discharge): 한 번의 충·방전 과정에서 배터리 용량을 얼마나 사용했는지를 나타내는 지표입니다. DoD에 따라 배터리를 충·방전하는 범위가 달라지며, 이는 열화 양상에도 영향을 미칠 수 있습니다.
③ C-rate: 배터리의 충·방전 속도를 나타내는 지표입니다. 충·방전 속도가 달라지면 배터리 내부의 전기화학적 반응과 발열 조건이 달라질 수 있어 배터리 열화에 영향을 미칠 수 있습니다.
④ 온도: 배터리 수명에 영향을 미치는 주요 환경 조건입니다. 높은 온도에서는 배터리 내부의 부반응이 촉진될 수 있고, 낮은 온도에서는 리튬이온의 이동과 전극 반응이 느려져 충전 조건에 따라 열화가 가속될 수 있습니다.
⑤ 사용 패턴: 배터리가 실제로 사용되는 방식 역시 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 주행 및 충전 방식에 따라 SoC 영역이나 충·방전 깊이, 속도 등 배터리의 운용 조건이 달라지는데요. 이러한 조건들이 복합적으로 작용해 열화 양상에도 차이가 나타날 수 있습니다.
이처럼 배터리 수명에는 여러 요인이 복합적으로 작용하기 때문에 배터리의 상태를 지속적으로 모니터링하고 적절하게 제어하는 기술이 중요합니다. 대표적인 기술이 BMS(Battery Management System)인데요. BMS는 배터리의 전압·전류·온도 등을 모니터링하고, SoC(State of Charge)와 SoH(State of Health)를 추정합니다. 또한 셀 밸런싱과 과충전·과방전·과전류 제어 등을 수행해 배터리가 안전하고 효율적으로 작동하도록 돕습니다.
LG에너지솔루션이 제안하는 배터리 토탈 솔루션
여기서 더 나아가 LG에너지솔루션은 BMS를 기반으로 클라우드와 AI·머신러닝 기반 소프트웨어 등을 결합해 배터리 관리 영역을 확장한 BMTS(Battery Management Total Solution)를 개발했습니다. BMTS는 배터리 상태 모니터링을 비롯해 안전진단, 열화·수명 예측 등 배터리의 수명주기 전반을 아우르는 LG에너지솔루션의 통합 솔루션입니다.
2024년 9월에는 BMTS 기반의 배터리 생애주기 통합 서비스 플랫폼 B.around를 선보였는데요. B.around는 배터리 상태와 데이터를 기반으로 SoH(성능 상태), RUL(잔존 수명), 안전진단 등의 정보를 제공하고, 축적된 상태 이력과 성능 데이터를 바탕으로 배터리의 생애주기를 체계적으로 관리할 수 있도록 지원합니다.
이처럼 배터리 관리는 특정 충전 범위를 지키는 차원을 넘어, 배터리의 상태와 사용 환경을 데이터 기반으로 진단하고 열화와 수명을 예측하는 방향으로 확장되고 있습니다.
핵심 Q&A
Q. 배터리의 80/20 Rule이란 무엇인가요?
배터리를 지나치게 높거나 낮은 충전 상태로 장시간 유지하지 않고, 주로 20~80% 범위에서 사용하는 방법을 의미합니다.
Q. 80/20 Rule이 모든 배터리에 권장되나요?
모든 배터리에 동일하게 적용되는 절대적인 규칙은 아닙니다. 배터리 화학계와 셀 설계, 사용 환경, 제조사의 권장사항 등에 따라 적절한 충전 방법이 달라질 수 있습니다. 따라서 20~80%라는 범위를 일률적으로 적용하기보다 배터리의 특성과 사용 조건을 고려해 충전하는 것이 중요합니다.
Q. 배터리를 100%까지 충전하면 안 되나요?
100% 충전을 반드시 피해야 하는 것은 아닙니다. 장거리 주행처럼 최대 사용 가능 용량이 필요한 상황에서는 100% 충전이 필요할 수 있습니다. 중요한 것은 100% 충전 자체를 피하는 것이 아니라 높은 SoC 상태가 불필요하게 장시간 유지되지 않도록 관리하는 것입니다. 배터리와 차량에 따라 권장 충전 방법이 다를 수 있으므로 제조사의 권장사항을 확인하는 것이 좋습니다.
Q. 배터리 수명을 오래 유지하려면 어떻게 충전해야 하나요?
특정 SoC 범위를 모든 배터리에 동일하게 적용하기보다 배터리의 특성과 사용 목적에 맞게 충전하는 것이 중요합니다. 일상적인 사용에서는 높거나 낮은 SoC 영역에서 장시간 머무르는 것을 줄이고, 장거리 주행 등에는 필요한 만큼 충전하면서 차량 제조사의 권장 충전 방식을 따르는 것이 좋습니다.
Q. 배터리의 수명과 성능은 어떻게 관리하나요?
배터리의 수명과 성능을 관리하는 데 BMS(Battery Management System)가 중요한 역할을 합니다. BMS는 배터리의 전압·전류·온도 등을 지속적으로 모니터링하고, SoC·SoH를 추정하며 충·방전과 셀 밸런싱 등을 제어합니다. LG에너지솔루션은 BMS를 기반으로 클라우드와 AI·머신러닝 기반 소프트웨어 등을 결합한 BMTS(Battery Management Total Solution)를 개발해, 배터리 상태 모니터링과 안전진단, 열화·수명 예측 등을 종합적으로 수행하고 있습니다.
배터리의 수명과 성능은 특정 충전 비율 하나만으로 결정되지 않습니다. SoC뿐만 아니라 온도와 충·방전 조건 등 다양한 요인이 복합적으로 영향을 미치기 때문인데요.
LG에너지솔루션은 BMTS를 통해 배터리 상태를 진단하고, 열화와 수명 등을 예측하는 배터리 관리 기술을 고도화하고 있습니다. 결국 중요한 것은 ‘20~80%’라는 숫자 자체보다 배터리의 특성과 사용 환경에 맞게 관리하는 것이라는 점을 기억해 주세요!
