▲ 삼성SDI 이태경상무가 차세대 배터리 관리 시스템 BMS 기술에 대해 설명하고 있다.

삼성 SDI가 전기차 배터리의 체계적인 관리를 위한 독자적인 BMS(배터리관리시스템) 시제품을 개발 완료해 이를 2023년 이후에 양산한다는 계획이다.

삼성 SDI 이태경 상무는 13일 서울 코엑스에서 개최된 NGBS(Next Generation Battery Seminar) 2022'에서 차세대 배터리 관리시스템 BMS의 양산 계획을 밝히며 기존 배터리 기술의 한계점을 위한 돌파를 위해서는 전체 최적화를 위한 배터리관리시스템이 필요하다고 밝혔다.

이 상무는 삼원계 배터리의 경우에는 에너지밀도가 정해져 있어 에너지밀도와 주행거리를 늘리기 위해서는 니켈의 함량을 늘리거나 급속충전을 위한 구성을 달리하는 등의 노력에도 불구하고 3원계 배터리의 에너지밀도는 한계가 있다고 전했다.

그는 디자인적인 기술력으로도 극복에 한계가 있어 이를 돌파하기위한 기술이 필요하다고 피력했다. 흔히들 말하는 미래 배터리로서의 전고체배터리 역시 음극 자체를 리튬메탈로 바꾸는 등 달성해야 할 목표가 많고 어려워 급속충전을 달성하며, 에너지밀도를 높이고, 성능까지 올리는 일은 매우 어렵다며 현실적인 부분을 설명했다.

전고체배터리에 대한 연구개발 등이 활발하게 진행되어 좋은 제품을 만들어도 결국 관리가 안되면 아무런 소용이 없다는 것이다. 이에 삼성 SDI는 보이지 않는 배터리 상태를 파악할 수 있는 배터리 시스템의 지능화, 인공시스템 등으로 같은 배터리에서 더 나은 퍼포먼스를 내는 것에 집중하고 있다고 밝혔다.

▲ 배터리 시스템은 차별화된 성능, 신뢰성, 안전성 및 편의를 달성하는 지능을 가질것으로 예상된다.

이어 그는 결국 배터리 전체적인 측면에서의 최적화가 필요하다고 밝혔다. 이를 위해서는 작은 모듈에서 점점 더 커지는 모듈 혹은 팩의 진화 등, 좁은 공간에 많은 양의 에너지를 담을 수 있는 셀투팩 등의 기술 구현 노력이 필요하다고 말했다.

하지만 셀투팩 기술로 가면 에너지밀도를 높이는 대신 셀 하나가 망가지면 팩을 통째로 갈아야하는 리스크가 존재한다. 이에 폭스바겐, 현대, GM등 완성차 업체들은 그들만의 고유한 플랫폼, 대형화 모듈 추세로 전환하며 삼성 SDI 역시 이에 대응하기 위한 기술 솔루션을 가지고 있다고 밝혔다.

결국 BMS는 배터리가 차량에서 원하는 파워를 줄 수 있는지, 안전한지, 배터리 상태를 지속적으로 모니터링하며 위험한 상황에 선제대응할 수 있는지가 가장 중요하다.

하지만 이러한 BMS의 기능은 쉬워보이지만 절대 쉽지가 않다. 실제 배터리에서 측정가능한 데이터는 전압이나 전류, 온도 등 매우 제한적이며 배터리 내에서 볼 수 없는 것들을 파악해야하는 어려운 작업이기 때문이다.

▲ 모듈 및 팩 설계는 시뮬레이션 및 실험을 통해 최적화될 수 있다.

그는 배터리의 안전성, 기계적 전기적 디자인 옵티마이션, 열 폭주 및 열 방전 문제를 해결하는 시스템 관리의 문제가 가장 중요하다고 말했다. 돈과 공간효율의 문제 등, 최적화를 통한 시뮬레이션 등 검증이 필요하다는 점이다.

이를 위해서는 AI와 딥러닝 등 고도화된 기술이 집약, 인간의 뇌가 모든 정보를 프로세싱하듯 인공지능 시스템을 적용, BMS 알고리즘을 통해 배터리의 상태에 대해 몇 수 앞을 내다볼 수 있다.

▲ 배터리 모듈의 열전파는 전용 열전파 시뮬레이션을 이용하여 정확하게 예측되고 최적화될 수 있다.

끝으로 이 상무는 “이러한 배터리 BMS 개발은 완료단계에 이르렀으며 양산을 위한 검증이 필요해 양산 시점은 2023년 이후가 될 것”이라며  “셀 및 팩, 모듈 레벨에서의 테스트 및 시뮬레이션이 중요하며, 이 솔루션을 어떻게 가장 저렴하게 적용할 것인지 소재 측면에서의 고민이 중요하다”고 덧붙였다.