SOC, SOP, SOH ? 전기차의 충전과 배터리 상태 알아보자!

안녕하세요, 자동차와 데이터를 연결하는 스마트 모빌리티 파트너 자스텍엠입니다.

이번 게시글에서는 전기차의 배터리와 관련해서, 배터리의 수명 및 상태에 대한 개념과 관련 용어들에 대해서 알아보겠습니다.

전기차 배터리는 얼마나 사용할 수 있을까?

전기차를 고려할 때 가장 많이 나오는 질문 중 하나는 배터리 수명입니다.

몇 년 동안 사용할 수 있는지, 성능은 언제부터 떨어지는지에 대한 궁금증이 많습니다.

전기차 배터리는 사용 환경과 충전 방식에 따라 성능이 점진적으로 변화하는 특성을 가지고 있습니다.

따라서 배터리 수명은 단순히 시간의 문제가 아니라 사용 방식과 관리의 문제로 이해하는 것이 적절합니다.

(사진 출처= NF https://ko.parkingpreheater.com/l)

전기차의 충·방전 사이클

배터리 수명은 일반적으로 충·방전 사이클을 기준으로 설명됩니다.

완전히 충전된 배터리를 사용한 뒤 다시 충전하는 과정을 1사이클로 봅니다.

사이클이 반복될수록 배터리 내부 화학 반응의 효율은 점차 낮아지며, 이에 따라 저장할 수 있는 에너지 양도 서서히 감소합니다.

이는 모든 이차전지의 자연스러운 특성입니다.

사용 환경이 수명에 미치는 영향

배터리는 사용 환경에 따라 성능 변화 속도가 달라집니다.

고온 또는 저온 환경, 잦은 급속 충전, 과도한 완충 및 완방전은 배터리 *열화를 빠르게 진행시킬 수 있습니다.

반대로 일정한 충전 범위를 유지하고, 안정적인 온도 환경에서 사용하면 배터리 성능을 보다 오래 유지할 수 있습니다.

전기차 배터리 상태는 체감이 아닌 데이터 기반 지표로 관리됩니다.

이때 사용되는 것이 SoX(State Of X) 지표입니다.

SoX는 배터리의 현재 상태를 여러 측면에서 수치로 표현한 지표들의 총칭입니다.

SoC (State of Charge)

SoC는 배터리의 현재 충전 상태를 의미합니다.

일반적으로 계기판에 표시되는 배터리 잔량 퍼센트(%)가 SoC에 해당합니다.

SoC는 운전자가 가장 직관적으로 확인할 수 있는 지표로, 현재 주행 가능 여부를 판단하는 기준이 됩니다.

DoD (Depth of Discharge)

DoD란 SoC와 반대로 배터리의 방전 상태를 나타내는 지표입니다.

배터리의 완충 상태(SoC 100%)를 기준으로, 해당 전기차가 몇%만큼 방전되었는지 나타냅니다.

따라서 방전 수치를 나타내는 DoD가 증가하면 충전률을 나타내는 SoC가 감소하며, SoC가 증가하면 DoD가 감소합니다.

SoC와 DoD , 사진 출처 = 윌리의 Technical Reference 네이버 블로그

다만 SoC 대신 DoD로만 배터리 상태를 나타낼 수 있는 경우가 있습니다.

배터리는 표시 용량보다 좀 더 사용할 수 있는 경우가 있는데, 이 경우 DoD가 100%를 넘을 수 있습니다.

이런 경우 SoC가 아닌 DoD를 사용해서 표기해야 합니다.

SoH (State of Health)

SoH는 배터리의 건강 상태를 나타내는 지표입니다.

최초 성능 대비 현재 배터리가 어느 정도 성능을 유지하고 있는지를 의미합니다.

SoH가 낮아질수록 최대 충전 용량이 감소하며, 주행 가능 거리 역시 점차 줄어들게 됩니다.

중고 전기차를 평가할 때도 SOH는 중요한 기준으로 활용됩니다.

사진 출처: 훈스로그 (https://tra1.tistory.com/)

SoP (State of Power)

SoP는 배터리가 현재 얼마나 높은 출력을 낼 수 있는지를 나타냅니다.

이는 가속 성능이나 언덕 주행 능력과 직접적인 관련이 있습니다.

SoC가 충분하더라도 SoP가 낮다면 차량은 제한된 출력으로 주행하게 됩니다.

완속 충전과 급속 충전

완속 충전은 상대적으로 낮은 출력으로 배터리를 충전하는 방식입니다.

충전기에서 교류(AC) 전력을 공급하고, 충전 시간은 완충까지 약 5~12시간 정도로 길지만 배터리에 가해지는 부담이 적은 편입니다.

급속 충전은 직류(DC) 전력을 활용하여 충전하는 방식으로, 높은 출력으로 충전하기 때문에 1시간 정도의 짧은 시간에도 80% 이상의 충전이 가능하기 때문에 편의성이 높습니다.

다만 잦은 급속 충전은 배터리 열화 속도에 영향을 줄 수 있습니다.

사진 출처 : EVinfra (https://evinfra.oopy.io/a9272c76-d0ee-497d-9be5-a348779447c7)

충전 출력 (kW)

충전 출력은 충전기가 배터리에 공급할 수 있는 전력의 크기를 의미합니다.

충전기가 고출력이라 하더라도 차량의 배터리 시스템이 이를 모두 수용하지 못하면 실제 충전 속도는 제한됩니다.

즉, 충전 속도는 충전기 성능과 차량 배터리 설계가 함께 작용한 결과입니다.

충전 알짜 팁 : 충전 습관과 배터리 수명과의 관계

앞서 언급한 방전률을 나타내는 지표인 DoD와 충방전 사이클을 나타낸 표를 보면, 방전률이 낮을수록 충방전 사이클 수가 증가함을 알 수 있습니다.

이를 통해 배터리 잔량이 거의 없는 상태까지 반복적으로 사용하는 것은 배터리 수명을 감소시킨다는 것을 확인할 수 있습니다.

반대로 배터리를 항상 100%까지 충전하는 것 역시 배터리 건강에 부담을 줄 수 있습니다.

즉 일정 범위 (일반적으로 20~80%) 내에서 충전을 유지하는 것이 배터리 수명을 관리하는 데 도움이 됩니다.

또한 배터리를 충전할 때는 과부하 방지를 위해 급속 충전보다 완속 충전을 사용하는 것이 좋습니다.

배터리 상태 파악의 의미

과거에는 배터리 상태를 체감으로만 판단할 수 있었습니다.

하지만 전기차에서는 SoX 지표를 통해 배터리 상태를 데이터로 확인하고 관리할 수 있습니다.

전기차 배터리는 사용 및 관리 방식에 따라서 성능 차이가 달라지기 때문에, 전기차 배터리의 상태를 잘 파악하는 것은 배터리를 단순한 소모품이 아닌 관리 가능한 자산으로 바라볼 수 있게 해줍니다.

따라서 이러한 용어들을 이해하고, 배터리 상태를 정확히 파악하고 관리하는 것이 중요하겠죠?

이상으로 전기차 배터리의 상태 및 수명을 확인하는 개념 및 지표, 그리고 배터리 충전과 배터리 상태의 관계와 관련 전기차 충전 팁을 알아봤습니다.

추후에는 배터리 상태 데이터를 실제로 수집하고 관리하는 역할을 하는 BMS(배터리 관리 시스템), 전기차 성능을 관리하는 다른 꿀팁들에 대해서도 알려드릴게요~!