배터리 성능만큼 중요한 관리…BMS를 주목하라

▲배터리 관리 시스템(BMS)의 구조 (출처=LG에너지솔루션)

현재 배터리 시장은 리튬이온 배터리가 대세를 이루고 있다. 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 전기 에너지를 저장 또는 방출하는 구조다. 가벼우면서도 에너지 밀도가 높고, 자가 방전율이 1개월에 1~2%로 낮아 전기차, 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 분야에서 사용된다.

동시에 치명적인 단점도 안고 있다. 충·방전을 반복하다 양극과 음극을 구분하는 분리막이 손상되거나, 리튬이온의 통로인 전해액이 누수되면서 발열, 화재 등이 일어날 수 있다. 배터리는 화재가 발생하면 순식간에 온도가 1000도 가까이 올라가는 열폭주 현상을 보인다.

배터리 안전성과 성능을 관리하기 위한 장치가 바로 배터리 관리 시스템(BMS)이다. 전기차나 ESS 등에 실린 배터리의 전류, 전압, 온도 등을 파악해 최적의 성능을 발휘할 수 있게 제어한다. 주로 배터리 팩 단위에 탑재된다.

BMS는 센서를 통해 전압, 전류, 온도 등을 측정하고 충전상태(SoC·State of Charge)와 수명(SoH·State of Health)을 예측할 수 있다. 만약 배터리가 지정된 충전 영역을 벗어날 경우 BMS가 전원 공급을 제한해 과충전, 과방전을 방지한다.

셀 관리(셀 밸런싱)도 중요한 기능 중 하나다. 배터리는 적게는 수십 개, 많게는 수천 개의 배터리 셀(Cell)이 묶여 있는 구조다. 제조 공정이나 충·방전 과정에서 셀끼리 전압 차이가 발생할 수 있고, 셀 불균형이 심해지면 수명이 줄어들고 화재 위험이 커진다. BMS는 배터리 셀의 편차 관리해 배터리 수명과 효율성을 높이는 역할을 한다.

전기차 대중화를 가로막는 요인으로 화재 등 안전사고, 배터리의 효율성 등이 꼽히는 만큼 향후 BMS의 중요성은 더욱 커질 전망이다. 글로벌 시장조사업체 포춘 비즈니스 인사이트에 따르면 지난해 기준 전 세계 전기차 BMS 시장 규모는 93억 달러(약 13조 원)로, 2032년에는 381억 달러(약 52조 원)까지 성장할 것으로 예상된다.

LG에너지솔루션은 기존 BMS보다 고도화된 ‘배터리 관리 토털 솔루션(BMTS)’ 기술 개발에 속도를 낸다. 인공지능(AI), 클라우드 서비스 등을 결합해 배터리 전 생애주기를 관리한다. 9개 완성차 업체에 BMTS를 공급하고 있다. 3월에는 퀄컴과 협력해 시스템온칩(SoC)을 기반으로 한 첨단 BMS 진단 솔루션 개발에 나섰다.

사용 후 배터리 시장 활성화를 위한 BMS의 역할도 주목받고 있다. 전기차에서 탈거한 사용 후 배터리를 재활용·재사용·재제조하려면 해당 배터리의 이력 정보가 중요한데, BMS와 연계하면 배터리 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 정부는 올해부터 자동차 제조사의 BMS를 활용해 사용 후 배터리 성능을 평가하는 시범사업을 추진할 예정이다.