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- 언젠가 이 포스트를 써야겠다고 생각한 이유는,
값비싼 인산철 배터리를 구매하고 후회하는 사람들이 계속 생겨나고 있기 때문이다. - 이는 특히 납배터리마저 굉장히 비싼 이륜차(오토바이)에서 많이 발생하는데,
판매자 뿐만 아니라 아닌 소비자끼리 좋다고 추천을 해주는 등 문제점을 모르고, 문제점이 점점 더 커지고 있다. - 특히 알리발 리튬 인산철 배터리는 정말 혹할 만큼 저렴하다.
폭발 위험이 있는 고밀도 화학에너지 장치를, 인증이 되었는지 인증마크만 붙인 건지 모를 그런 배터리를 사는 것은 정말 비추한다. - 복잡한 수식, 화학구조 없이 사례와 팩트를 기반으로 사실을 전달한다.
첫 번째 문제, 치명적인 문제 - 충전불가
리튬 인산철 배터리(LiFePO₄, LFP)의 치명적인 문제는
영하의 온도에서 방전(출력)은 잘되는데 충전이 안된다. 차단됨.
충전을 해버리면 셀에 치명적인 손상이 온다. 절대 금기 사항이다.
0도 이하의 온도에서 충전하면 '리튬 도금(Lithium Plating)'이라는 특이한 현상이 발생하는데
리튬 이온이 고르게 삽입되지 못하고 금속 형태로 석출되어 도금되는 현상이 생긴다.
내부 저항 증가로 용량이 감소하면 다행인데, 문제는 이러한 석출로인한 단락현상으로 화재가 나는 것이다.
참고 링크1)
배터리를 판매하는 회사에서
리튬 인산철 배러티를 영하에서는 충전하지 말라고 못박아 놨고,
충전 적합(권장) 온도는 5~45도 사이라고 한다.
※다른 여러 연구결과를 참고해도, 충전하려면 최소 0도는 되어야 한다고 나옵니다.
참고 링크 2)
https://www.neexgent.com/article/how-cold-weather-affects-lifepo4-batteries.html
마찬가지로 배터리를 판매하는 회사에서
추운날씨가 LiFePO4 배터리에 어떤 영향을 미치는지 나와있다.
영하에서의 충전은 문제가 있다고 나온다.
그외 참고 링크)
https://www.mdpi.com/1996-1073/16/6/2786
→ 저온에서 과충전시 배터리 열화에 관한 실험 연구
그게 무슨 상관인데? 방전(출력)은 잘 된다며?
시동만 잘걸리면, 그 이후에는 배터리도 따뜻해 질텐데 문제가 해결될 것 아니야? 꼭 그런 것은 아니다.
자동차면 그마나 조금 낫지만, 이륜차 알터네이터 시스템은 리튬 인산철을 고려하지 않고 만들어졌다.
따뜻해질 때까지 기다려주지 않고, 배터리가 자동차 처럼 따뜻한 엔진룸안에 있는 것도 아니다.
그래서 영하의 온도면 배터리에 붙어있는 배터리 매니지먼트 시스템(BMS)에서 충전을 못하도록 막는다.
충전을 막지 않으면 수명이 급격히 줄거나 화재의 위험이 있기 때문이다.
그 결과 어떤일이 일어나느냐...
-10도 ~ -15도 한파에도 오토바이 시동은 참 잘걸린다. 칭찬한다. 잘샀다고 뿌듯해한다. 주위에도 권유한다.
30분 주행을 했고, 업무를 보고 다시 시동을 걸어본다 → 시동이 안걸린다?!?!
30분동안 배터리가 영상으로 올라가지 못해서 계속 충전을 막다보니,
주행에 필요한 전력(점화플러그, 라이트, 열선, 전장품 등)을 배터리 용량에서 써버리고 끝난 것이다.
※ 이 경우 발전기에서 생산한 전기(전력)도 주행에 같이 사용하기 때문에, 발전기에 문제가 없다면 주행중에 시동이 꺼지지는 않습니다.
그렇기에 배터리가 소진되더라도 시동이 걸려있으면 주행이 가능합니다. 이 때, 시동을 끄고 걸려고하면 안걸리는 마법같은 일이 발생합니다.
실제로 이륜차 카페에 리튬 인산철 방전 관련 글을 검색해보면 겨울철 이런 경우가 왕왕 있다.
출발은 잘 했는데 도착 후 업무를 보고 다시 시동을 걸면 안걸린다고 한다. 이러한 이유가 숨어있다.
두 번째 문제, 품질! 불량, 폭발 및 열폭주 문제
품질문제,
중국은 LFP 배터리 셀의 주요 생산국이다. 고성능 ~ 저가형 다양하게 생산한다.
중국이다. 사실, 중국산이 나쁘지 않다. 기술도 뛰어나다.
다만 비싼 값을 줄때만 고 퀄리티 제품을 준다. 싸게주면 싼제품을 준다. 당연한 이치이다
이러한 고밀도 에너지 배터리는 셀도 중요하고 BMS도 중요하다.
셀과 BMS 둘 중 하나라도 문제가 있으면 폭발할 수 있다.
불량으로 배터리가 작동하지 않는다면 그마나 다행이고, 화재가 난다면 문제가 심각해진다.
리튬 인산철 배터리는 화재 위험이 적다던데? 정말 그럴까?
일반적으로 LFP는 NCM / NCA 보다 안정성이 높고, 열폭주 온도가 높기 때문에 화재 위험이 낮다고 알려져 있다.
하지만 제조 불량, 내부 단락, 충격 등 특수한 환경에서는 LFP 역시 화재 위험이 충분히 존재 한다.
아래 사례를 보자.
★LFP 배터리 장착 차량 사고 48시간 뒤 발화 사건 ★ 이건 정말 충격적이다.
배터리에 못을 뚫어도 화재가 나지 않는다는 메시지를 던지는 그 회사의 차량이다.
http://youtu.be/z6Tn8LCkbbk?si=VvtzNeztXlC7pHvi
2분25초) LFP 배터리 사고 48시간 후 배터리 화재 전손
반대로 안전하다고 주장하는 영상도 한번 보자.
https://www.youtube.com/watch?v=VUjd_5hCNWU
LFP 배터리를 못으로 뚫었지만 화재가 나지 않았다. 물론 제조사에서 만든 영상이다.
중국은 전기차 보급율이 상당히 높다.
중국은 희토류 자원이 풍부하여 전기차의 NCM 배터리, 모터, BMS, 인버터 등 전기차를 생산하는데 특화되어있다.
LFP 배터리는 희토류가 들어가지 않지만, NCM 배터리보다 저렴하기 때문에 생산을 많이하고,
NCM배터리보다 LFP배터리 자동차 보급이 훨씬 많이 되어있다.
그 결과 정말 하루 평균 7~8건 정도의 자동차 배터리 화재 통계가 있다.
(국가 특성상 통계가 제대로 나오지 않는 것 같다. 굉장히 보수적인 숫자이다.)
뉴스 기사 2021년 7월 23일 - 중국에서의 전기차, 전기 이륜차 화재 발생에 관한 뉴스 기사.
There have been 6462 electric vehicle fire accidents across the country this year, and the market penetration of lithium electric plates has increased.
"올해 전국적으로 전기차(전기 이륜차 포함) 화재 사고가 총 6,462건 발생했으며, 리튬 배터리의 시장 침투율이 증가하고 있습니다."
뭐.. 많이 팔렸으니까.. 라고, 생각할 수도 있겠고
품질에 대한 의구심이 들 수도 있을 것이다.
세 번째 문제, 납배터리 시스템과 맞지 않다!
리튬 인산철 셀의 완충시 전압은 3.65V , 공칭 전압은 3.2v, 작동 범위는 2.5v~3.65v 이다.
4개를 직렬로 연결하면 완충 14.6v 공칭 12.8v이다.(방전 임계는 10~11v정도)
납배터리는 공칭 12v, 완충 12.6v~12.8v이다. 호환은 되지만 최적의 성능을 낼수가 없다.
즉, 12.8v면 납배터리 기준 100% 충전이라고 인식하는 시스템에서 리튬 인산철은 절반 이상 방전된 상태일 수도 있다.
요즘은 현대 자동차 기준 IBS라고 부르는 intelligent Batterry Sensor가 납배터리 연결 부분에 장착되는데,
이는 배터리에 흐르는 전류를 측정하여 적당히 배터리가 충전 되었으면, 발전기 부하를 줄여서 최적의 연비를 내게 해주는 시스템이다. 즉, 충전을 끊는다.
자동차가 완충인줄 알고 더 이상 충전하지 않는 문제가 발생한다.
리튬 배터리는 방전 그래프도 다르다. 13.2v에서 꽤 오랫동안 유지하므로 잔량을 알기가 어렵다.
비싼 돈을 들여서 구입해도 제대로 써먹지를 못하는 이상한 현상이 발생한다.
필자는 절대 권장하지 않는다.
납배터리가 무겁고, 단순 무식해도 과충전, 과방전에 엄청 강한 배터리이다.
급속으로 전류를 밀어 넣어도 전해액이 끓을지언정 폭발하기는 정말 힘들다.
(밀폐된 공간이라면 폭발할 수도 있지만, 그런 경우는 거의 없다.)
폭발을 하더라도 리튬 이온, 리튬 인산철의 열폭주와는 차원이 다르게 약하다.
마무리
- LFP 배터리가 어느날 갑자기 작동되지 않으면 다행으로 받아들이고, 납배터리를 구매하길 권장드린다.
- 가격대비 수명이 그렇게 좋았으면 제조사에서도 이미 적용을 했을 것이다.
BMW M3, 페라리 같은 차량에는 리튬-이온으로 적용사례가 있긴하다.
포르쉐가 리튬 인산철 배터리를 시동용으로 적용했는데 문제가 많이 발생하고 있다.
배터리 가격은 포르쉐 정식센터 기준 300만원 가량이라고 한다. - 화재가 나면 모든 것을 잃을 수 있다는 생각을 갖고, 배터리 뿐만 아니라 항상 불조심하자.
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