※ 포르쉐 마칸EV와 현대 아이오닉5N 비교를 통해 본 CATL NCM배터리의 문제점.
전기차와 배터리 산업에 관심이 있으신 분들에게 매우 많은 도움이 되는 영상으로 시청을 추천합니다.
국내 배터리 업체들의 NCM배터리가 주식시장 및 언론 등에 의해 중국제 배터리(특히 LFP)와 비교되면서 불안감이 조성되고 있는데, 증권가 애널리스트나 투자자들의 소리가 아닌
엔지니어들의 소리도 귀담아 들어보는 것이 현재 전기차와 배터리 산업을 이해하는데 큰 도움이 될 것이라고 생각합니다.
● 마칸EV 사양
플랫폼 : PPE / 모터출력(최대) : 300kw(Macan 4) & 470Kw(Turbo) / 토크(최대) : 833Nm / 회생제동 : 0.4G (240Kw) / 변속기 : Single Speed / 배터리 : CATL NCM811 / 배터리용량 : 100Kwh / 공차중량 : 2,330kg(Macan 4) & 2,405kg(Turbo) / 충전(최대) : 400V charger 150Kw, 800V Charger 270Kw
● 현대 아이오닉5N 사양
플랫폼 : E-GMP / 모터출력(최대) : 478Kw / 토크(최대) : 740Nm / 회생제동 : 0.6G / 변속기 : Single Speed / 배터리 : SK온 NCM9.x / 배터리용량 : 84Kwh / 공차중량 : 2,200kg / 충전(최대) : 400V charger 150Kw, 800V Charger 350Kw
● 마칸 EV와 아이오닉5N 성능 비교
제로백의 의미 : 차가 가속이 빠르고, 잘 선다는 것은 위기상황에 더 안전하다는 것을 의미하기 때문에 독일차들이 제로백을 강조하였음.
마칸EV의 토크가 강한 이유 : 인덕턴스가 큰 모터를 채용하였음.
인덕턴스가 크면 전류를 줄일 수 있는 구간이 길어져 회전속도(RPM)를 올리기에 좋음.
대신 인덕턴스가 크면 전력효율이 떨어짐. 즉, 주행가능거리가 감소하게 됨.
현대가 two-stage 인버터를 사용한 이유는 최적의 밸런스를 원했기 때문.
마칸EV는 큰 인덕턴스를 사용했기 때문에 배터리 용량이 증가할 수밖에 없었음.
또한 마칸
EV는 CATL 배터리의 불안정성으로 인해 고출력(고 C-rate)을 내기 위해서 배터리 용량(100kw)을 높여야 했음.
배터리 용량 증가는 공차중량 증가로 이어졌으며, 전비 및 내구도에 있어 아이오닉5N보다 좋지 못한 특성을 가지게 됨. (Turbo기준 5N보다 205kg 이상이 더 무거움)
● CATL, NCM배터리의 문제점 (마칸EV용 NCM811)
○ 충전온도
CATL 811배터리의 충전온도 범위가 0도에서 45도임.
LG엔솔과 SK온의 NCM811배터리의 충전온도는 영하 10 - 20도에서 시작.
○ CATL배터리의 SOH(State of Health) 열화
CATL의 NCM배터리는 4-5만km 주행 시, SOH가 81%였음.
SK온 NCM811 배터리는 4-5만km 주행 시, SOH가 99.5% 이상임.
CATL의 NCM811은 SOH의 열화속도가 빠른 것을 알 수 있음.
NCM811 RT Cycling 1C-rate : 500사이클에서 SOH 93%, SOH 80% 지점은 약 1,800사이클 / 45도 Cycling 1c-rate : 500사이클에서 SOH 92%, SOH 80% 지점은 약 1,250 사이클
SK온이나 LG엔솔의 NCM811은 SOH 80%시점이 2000사이클 이상이 나옴.
CATL의 NCM811이 낮은 C-rate에서도 수명(사이클)이 매우 낮게 나오는 등, 중국 측 자료를 인용하면 NCM811의 성능이 LFP보다 낮다고 생각할 수 있게 됨.
중국 업체의 자료로 인해 NCM의 성능이 LFP보다 못하다는 근거자료가 되기도 하면서, 삼원계 배터리에 대한 오해가 생기게 함.
참고로
C-rate가 줄어들면 배터리의 열화속도를 억제할 수 있음.
CATL NCM배터리를 채택한 기아 니로EV, 코나EV는 실사용 구간에서 최대출력을 낼 수 없는 구조로 설계하여, C-rate를 억제하여 CATL배터리의 수명단축 문제를 완화하였음.
○ 이전 CATL, NCM 811배터리의 화재
CATL의 NCM811배터리를 채택하였던 GAC Aion S는 빈번한 화재사고가 발생하였음.
코발트, 망간의 비율이 줄어들면서 나타나는 안정성의 문제를 분리막이 보완해줘야 함.
양극재의 순도 문제, 분리막 기술이 배터리의 화재원인 뿐만 아니라, 화재가 나지 않더라도 배터리 열화의 원인(배터리 수명이 짧아짐)이 됨.
GAC Aion S의 화재 사건 이후, 중국 내에서 CATL의 NCM811을 채택하고 있는 전기차는 없는 상황임.
마칸EV가 불안한 이유는 출력(C-rate)가 4.7C로 매우 높음.
배터리의 열화를 방지하기 위해서는 C-rate가 낮게 유지되어야 함. (저 출력)
화재가 빈번했던 GAC Aion S는 출력 250kw(3 C-rate), 충전 160Kw (2 C-rate)로 마칸 EV보다 매우 낮았음.
포르쉐의 EV전용 플랫폼인 PPE로 인해 배터리 냉각 및 제어가 GAC Aion S보다는 훨씬 뛰어나기 때문에 웬만해서는 화재가 나는 상황까지는 가지 않을 것. 다만 배터리의 열화속도는 빠를 수 있음.
○ 회생제동 비교 (마칸EV Vs 아이오닉5N)
마칸 EV의 회생제동은 0.4G(240Kw)인 반면, 아이오닉 5N의 회생제동은 0.6G임. (내부적으로는 0.8G까지 가능하다고 함)
마칸 EV의 회생제동이 0.4G밖에 되지 않는 이유는 CATL의 배터리 때문임.
마칸 EV의 최대 충전전력이 270Kw(2.4C)밖에 되지 않기 때문에 마칸 EV의 회생제동도 0.4G(240Kw)에 불과함.
배터리 차이에서 회생제동의 차이가 생겼음.
● SK온 NCM9.x 배터리
SK온 NCM9.x는 현대차그룹과 초기 단계에서부터 공동 개발한 배터리임.
배터리는 자체 성능 뿐 아니라 전기차(실제 주행에서의 퍼포먼스와 각종 데이터 등)와의 궁합이 매우 중요함.
현대차 외에는 볼보 폴스타 5에 NCM9.x가 채택될 예정.
● 겨울철 충전문제
이번에 발생한 미국에서 테슬라 모델3, Y의 겨울철 충전문제는 배터리 차이에서 발생하였음.
SK온이나 LG엔솔의 NCM배터리는 테슬라나 중국 LFP 전기차와는 달리 겨울철 충전문제가 크게 발생하지 않을 것으로 예상.
현대차의 신뢰성 테스트 기준은 영하 40도임.
현대차에 납품하는 모든 부품(배터리 포함)은 영하 40도에서 1주일 넘게 버텨야 통과할 수 있음.
실제로 현대 아이오닉 전기차는 배터리 온도가 영하 9도에서도 전비 5.4km를 보여줌.
영하 15도 이하에서는 내연차량도 움직이지 않음.
내연차의 점화는 점화플러그와 동시에 스타트 모터가 함께 작동해야 하고, 이를 작동시키는 것은 12V 납축전지임.
영하 15도 이하에서 납축전지는 작동이 원활하게 되지 않음.
https://www.youtube.com/watch?v=ugDGRSwzriY&t=1295s