후공정 충방전기 개발조건

개요 중국의 항커커지로 넘어간 활성화장비 충방전기를 다시 되찾아 오기위한 프로젝트 일환이고 거기에 후공정의 페러다임을 아예 바꾸어 배터리제조사의 가격경쟁력을 높여주고 장비제조사 역시 수익을 내며 국가의 위상을 높이는 계기가 되고자합니다. 그러려면 공정의 변혁이 필요하니 후공정의 주체를 어디로 해야할지 결정해야 합니다. A 전공정과 후공정 변화없슴. B 제조사가 전공정 후공정 그리고 패키징까지 한다. C 제조사가 전공정만 하고 패키징 업체가 후공정까지 한다. 가장 합리적인 공정구조가 되려면 전공정마친 배터리를 BMS 장착된 트레이에 프리차징후 1차 충방전 마친 배터리를 선별하여 패키지 박스에 가조립상태로 황성화공정을 마치는게 최고의 효율성을 보일거라 판단됩니다. 그리하여 B와 C의 방식으로 공정변경을 해야하니 사회적 합의가 필요할수도 있습니다. BMS와 리노핀 그리고 나사조임등의 문제는 복잡다단하여 많은 고민이 필요합니다. 해결해야할 과제 1. CELL TO MODULE & PACK 중국의 CATL은 예전부터 테슬라와 손잡고 배터리를 직렬로 주르륵 연결하여 배터리용량의 70% 정도로 충방전하여 활성화공정을 완료하고 데이터를 예측판별하는 시스템으로 지금의 글로벌 점유율 70%를 달성하였고 아무런 문제없이 판매하고 있습니다. 그러하니 우리도 배터리 개개의 독립제어로 효율나쁘고 복잡하며 비싸게 제작할수밖에 없는 불합리함을 떨치고 100% 용량으로 충방전 할수있는 셀단위에서 모듈단위나 팩단위로 즉 직렬연결된 모든배터리를 하나의 셀로 취급할수있는 구조로 패러다임을 바꾸어야 합니다. 어차피 리튬이온 각각의 배터리는 LFP 는 3.6V NCM은 4.2V 의 최대 충전전압에 묶여있으니 이를 100개 직렬로 연결한다면 420V 가 될것이니 각 배터리셀과 병렬로 CELL BALANCER 가 장착될것이고 위에 언급한 420V +- 0.1% 오차 허용이면 약 419.6V~420.4V 가 될터고 안전성 측면에서 개개의 셀이 아닌 모듈이나 팩단위로 확장해도 전혀 문제가 안될것입니다. (현재 전기차배터리가 1C 100A이면 급속충전시 4C 400A 이니 각셀의 용량오차 2%를 허용한다면 8A의 전류를 셀발란서로 처리해야 합니다. 기존의 셀발란서로는 어림없는 용량입니다.) 여기서 전제조건은 직렬로 연결한 배터리 용량의 허용범위를 설정하고 이를 초과하는 배터리는 리턴시켜 재정렬해야할 필요가 있으나 제조사 입장에선 어차피 불량을 가려야할 처지이니 별문제 없으리라 여겨집니다. 투데이테크서 개발한 BMS CELL BALANCER 는 +- 2% (+-8A) 범위는 아주 가볍게 처리할수 있으며 전기차 BMS로 사용시에도 현재 사용중인 어떤 BMS보다 셀런싱 범위가 넓고도 가장 저렴하며 또한 셀의 충방전중 분리막손상으로 인한 전류의 급속한 변화를 감지하여 조치할수있는 기본기능도 있으니 개개셀 충방전시의 분리막이상으로 발생하는 전류변화검출의 원리와 동일합니다. 2. 충방전기 구조변경 현재 계통연계가 가능하도록 되어있는 양방향인버터를 단방향컨버터로 바꾸고 DC배전이 가능한 구조로 하거나 최소 충방전기 1대 ESS 1대 그리고 태양광패널을 연결하는 구조가 되도록 하여야 합니다. 그리하여 PFC와 후단의 컨버터 처리용량이 50%면 충분하고 직렬식구조여서 양방향 병렬식에 비해 원가 50%이하로 가능합니다. 페러다임을 바꾼다하지만 따져보면 개개의 충방전기 내부에 ESS 와 태양광패널을 합체하는 개념으로 보면 됩니다. DC배전은 전체를 묶는 개념이지만 소그룹으로 묶어도 양방향 인버터가 필요없고 병렬식에서 직렬식으로 바꾸는 것만으로 완벽히 페러다임을 바꾸게 되는거고 믿을수 없을만큼의 원가절감을 이룰수있게 됩니다. 3. 트레이 구조변경 46파이 원통형으로 예를들면 트레이 자체구조로 4680~120 길이에 대응할수있도록 하고 또한 배터리 상부의 전극에 리노핀 접속구조를 배터리 아래쪽엔 스프링 설치하고 전극면엔 나사조임 직력접속 구조에 병렬로 BMS 접속시키고 가장 중요한 BMS에 가할 전력원이 될 충전구조의 18650 배터리 수납공간도 확보해야합니다. (각 CELL BALANCER 공간도 확보해야됨.) 프리차징 단계에서부터 BMS 데이터는 유효해야됨. 여기서 리노핀 가격만 개당 2만원이니 256CH 1셋트 핀가격만 1000만원이 세이브됨. 트레이에 BMS가 내장되고 여기에 18650배터리가 내장되니 직렬식 충방전을 총괄 제어하는 MCU 및 통신포트도 내장되며 트레이 상부에 접속될 스텝다운 스텝업 제어부도 장착되어야함. 4. 기구부가 단순해져야합니다. 256CH 기준 기구부 가격만 2000만원 이상이니 이부분도 대폭낮출 특단의 아이디어가 필요합니다. 256CH 의 대형 기구부가 아니고 96CH 의 소형구조이고 트레이에서 길이조절이 되니 기구부는 단순한 트레이안착과 트레이 상부에 50A 리노핀 2개와 통신선과 몇개의 접속만 이루어지면 되고 그위에 10KW 파워와 트레이 하부의 몇개의 팬장착 구조이면 되니 획기적 원가절감이 이루어지리라 확신합니다. 5. BMS기능은 전기차의 구조와 같아야 합니다. 활성화단계부터 배터리의 충방전 내역을 기록하여 문제발생시 대응하고 개선시킬수 있어야하니요. 6. 충방전기 오퍼레이터의 구조도 변경 당연하지만 충방전기를 구동시의 레시피 전반에 걸쳐 직렬식에 맞도록 바뀌어야 합니다. 7. 경쟁력에 확신이 들었다면 각 파트에 특허와 아이디어 도출후 제조단가를 계산하고 항커커지를 이길수있다 확신이 들면 개발을 확정합니다. 256CH 50A 충방전기의 기구부 전장부 합해서 중국의 항커커지가 제안한 금액이 채널당 35만원으로 알고있는데 채널당 25만에만 공급이 가능하다해도 불루오션으로 되돌아오는거 아닐까요? 물론 항커가 가격을 내린다면 얼마든지 항커가격에 추종제어하듯 내릴수있다 확신합니다. p.s. 현재의 배터리제조사가 전공정 후공정후에 전기차제조사가 패키징하는 현재의 구조를 그대로 유지하며 개선하는건 트레이에 BMS를 내장시키지않고 배터리 직렬을 위한 나사조임 그리고 셀발란서를 위한 개개의 나사조임부위에 5A 정도의 리노핀으로 온보드화하여 직렬식을 완성할수 있습니다. 결국 몇가지 방안중 가장 합리적 구조개선을 이루는게 지상과제입니다.