배터리 화성공정 2 : 충방전 (Charging - Discharging)

생산기술의 측면)

이전 에이징에서도 언급한 화성공정은 물성이 아닌 화학적 성질이 바뀌는 공정으로,
그래서 이 충방전, 특히 첫 충전이 정말 중요하다.

왜냐하면 첫 충전에 SEI (Solid Electrolyte Interphase)라는 막이 형성되는데
이 막이 이쁘게(얇고 균일하고 튼튼하게) 잘 형성되는가에 따라서 배터리의 성능이 많이 좌지우지되기 때문이다.
사실 이 내용은 화학과 관련되는게 큰데 아쉽게도 화학을 잘 몰라서 아는 게 많지 않다.
비슷하게 CEI (Cathode Electrolyte Interphase) 이라고 비슷하게 있는데 실제로 SEI에 더 공들여서 집중하는 느낌이다.

구분	SEI (Solid Electrolyte Interphase)	CEI (Cathode Electrolyte Interphase)
위치	음극(Anode) 표면	양극(Cathode) 표면
형성 시기	주로 첫 충전(화성 공정) 시 형성	충전 및 방전 과정에서 서서히 형성
주요 원인	전해액의 환원 분해	전해액의 산화 분해
특징	배터리 수명과 안전성에 결정적인 역할	고전압 환경에서 양극 구조의 안정성에 중요

SEI는 첫 충전 때 '한 번에 잘' 만들어져야 배터리 전체 수명의 80% 이상이 결정되기 때문이다.

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생산설비의 측면)

설비의 측면에서는 양산생산용과 연구용이 따로 있고, 또 둘다 온도를 조절하는 챔버 설비가 따로 있다.

먼저 생산용과 연구용은 크게 가능 전압의 크기로 나뉘고 세세하게는 고도화된 기능이나 옵션들로 차이가 있다.

크게 충방전 방식에는 크게 3가지로 말할 수 있다.
바로 전압 V, 전류 I, 전력 P의 조절이다.
배터리는 DC 직류이기 때문에 제어할 수 있는 요소가 별로 없어서 3개이다.
( P = V * I )

일정한 전압으로 충전하는 CV, 일정한 전류로 충전하는 CC이다.

일정한 전력으로 조절하는 CP로 이루어져 있다.
방전도 같다.

내가 있던 곳에서는 충전과 압축을 한 번에 진행하는 설비도 있었지만
일단 충방전을 진행하는 설비라는 큰 틀에서 같이 묶어서 설명하기로 했다.

세부적으로 충방전기에 SOC에 따른 충전전류 등을 조절하기 위해서 BMS라는 시스템과 통신하고,
이때 BMS와 충방전기와의 통신을 위해 CAN 통신을 쓴다.
(이 CAN 통신과 BMS는 추후 다른 포스팅에서 더 이야기해보기로 할 것이다.)