저는 배터리의 안전과 효율을 지키기 위해 제어하는 시스템으로서의 BMS를 다룬다. 제어를 위해서는 모니터링이 핵심인데 전압, 전류, 온도를 빠짐없이 확인한다. 왜 온도가 중요한가를 설명하자면 고온에서의 위험을 막는 것이 핵심이다. 열폭주를 방지하기 위해 배터리 온도가 약 60도 이상으로 올라가면 SEI 막이 붕괴될 우려가 크다. SEI가 파괴되면 음극 표면의 보호막이 분해되고 가스가 발생하며 양극재와 분리막까지 악화될 수 있다. 이때 온도가 위험 수준에 다다르면 냉각 시스템을 강하게 작동시키거나 필요하면 릴레이를 차단해 전류 흐름을 물리적으로 차단한다.
반대로 저온 상태는 리튬 석출과 성능 저하를 유발한다. 온도가 너무 낮아지면 전해액의 점도가 증가해 리튉 이온의 이동이 느려지고, 충전 시에는 이온이 음극으로 원활히 들어가지 못해 리튬이 음극 표면에 쌓이는 현상, 즉 리튬 석출이 생길 수 있다. 악화되면 덴드라이트가 자라나 분리막을 찌르는 경우도 생겨 내부 단락과 화재의 위험이 커진다. 따라서 SOH, 즉 열화도를 관리해 새 배터리에 비해 현재 배터리의 열화 상태를 진단하고 교체 시점을 예측한다.
전압 측면에서는 과충전과 과방전을 방지한다. 리튬 이온 배터리는 허용 전압 범위가 정해져 있어 상한을 넘으면 전해액 분해와 가스 형성, 열폭주가 발생하고 하한을 아래로 떨어지면 구리 포일이 녹아 배터리 손상이 영구적으로 진행될 수 있다. 셀 밸런싱은 수백 개의 셀 중 한 셀만 과하거나 미치지 않도록 모든 셀의 전압을 개별적으로 측정해 균일하게 맞춘다. 그렇지 않으면 낮은 셀의 영향으로 전체 팩의 품질과 효용이 떨어진다.
전류 측면에서는 과전류 보호와 잔량 계산이 핵심이다. 급가속이나 급속 충전 시 과전류 보호 값이 넘지 않도록 제어해 내부 저항에서 발생하는 과열을 막는다. 잔량을 예측하기 위해서는 흐르는 전류의 양을 시간 단위로 누적해 현재 남은 용량을 계산하는 것이 기본이다. 이와 같은 관리 체계가 모여 배터리의 안정성과 수명을 좌우한다.
