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하이브리드 배터리의 새로운 기준
기아자동차 니로 배터리의 비밀2016/04/29by 기아자동차

하이브리드의 기술력은 배터리로 결정됩니다.
니로에 탑재된 리튬이온폴리머 배터리를 파헤쳐봅니다

기아자동차 니로의 전측면 모습
l 기아자동차 니로에 탑재된 배터리의 비밀. 지금부터 함께 알아보겠습니다



하이브리드의 기술 수준은 배터리 시스템으로 판가름납니다. 기아자동차는 경쟁사들이 사용 중인 니켈수소 배터리에 만족하지 않고 배터리 전문제조사와 협업해 리튬이온폴리머 배터리를 개발했습니다. 세계 최초의 시도이자 현존하는 최고 수준의 배터리로 니로는 우수성을 스스로 증명했죠.



배터리의 기준을 제시하다

니로의 배터리 모형도
l 니로의 경우 셀 개발, BMS 개발, 시스템 개발을 차량 개발과 동시에 추진했습니다

우수한 배터리의 조건은 크게 네 가지로 꼽힙니다. 첫째는 배터리 자체의 수명이 오래 가는 지속력입니다. 둘째는 어떤 위험 상황에서도 끄떡없는 안전성이죠. 셋째는 상품성을 높이기 위해 보다 작고 가벼워지는 소형화고, 마지막으로 넷째는 합리적인 비용 선에서 개발되는 경제성입니다. 이 조건은 하이브리드차 시장에도 그대로 적용되어 니켈수소 배터리가 선택되곤 했습니다. 그런데 기아자동차는 더 나은 배터리를 고민한 끝에 새로운 리튬이온폴리머 배터리를 선보이기에 이르렀습니다. 리튬이온폴리머 배터리는 니켈수소 배터리 대비 용량과 성능 면에서 월등히 우수하기 때문이죠.

통상 배터리셀의 경우, 차량보다 2년 선행해 개발 검증 후 실제 차량에 적용하는 것이 관례지만, 니로의 경우는 셀 개발, BMS(Battery Management System) 개발, 시스템 개발을 차량 개발과 동시에 추진하는 방법을 채택했습니다. 또한, 각 분야 개발자들의 다각도 협업을 통해 개발이 진행되었죠. 셀을 개발하는 재료·화학 전문가, BMS를 개발하는 회로 전문가, 구조·강성·냉각 시스템을 설계하는 기계공학 전문가, 고전압 안전을 설계하는 전기 전문가들이 모여 머리를 맞댔습니다.

특히 배터리 팩을 시트 하부에 적용하면서 시트가 가져야 하는 착좌감, 거주성, 승강성은 물론 공장 조립성 및 생산성까지 고민해야 하는 부분이 너무 많았습니다. 그래서 배터리와 시트 사이의 강성을 유지할 수 있는 시트 프레임과 고전압 배터리 시스템을 모듈화해 하중이 가해져도 배터리 팩이 눌리지 않도록 했으며, 충돌 상황에서 시트가 주저앉으면서 발생할 수 있는 상황도 대비했죠.




안전하고도 합리적인 에너지 사용을 위해

ECO HYBRID 로고
l 니로의 배터리는 이전 차종 대비 출력밀도를 50%가량 향상했기 때문에, 무엇보다 안전성 확보에 중점을 두었습니다

배터리는 전기 에너지를 화학 에너지 형태로 저장한 상태에서 적절한 제어를 통해 동력원으로 사용하는 시스템입니다. 따라서 에너지를 잘 사용하면 유익하지만, 한꺼번에 모든 에너지를 방출하게 되면 많은 열과 함께 안전상의 문제를 야기할 수 있죠. 배터리시스템설계팀은 오래전부터 배터리의 전기적 성능을 거듭 개선해왔습니다. 다시 말해 더 많은 에너지를 탑재하는 방법을 고심해 왔는데요. 이는 안전성의 관점에서는 주의를 요하는 측면이 있었습니다.

고출력 배터리 적용에 따른 새로운 안전성 확보 장치를 개발했습니다. 이것이 바로 VPD(Voltage Protection Device)인데요. 배터리 안전성은 차량, 시스템 제어기, 팩, 셀 레벨에서의 4중 안전 설계를 기본으로 하고 있고, 기존 제어기의 불능 상황에서도 팩 단위 안전성 확보를 위해 VPD를 개발 적용했습니다. 배터리가 과충전 상황이 되면, 전압이 올라가면서 가연성 가스가 생성되고, 쇼트가 발생하면서 화재나 폭발 등으로 이어지는데, 이런 현상이 일어나지 않도록 BMS와 함께 VPD라는 별도의 수동 보호 구조를 개발했습니다.




▶ 현대자동차그룹 연구개발본부 간행물 R&D STORY ‘NIRO’에서 발췌한 내용입니다




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