전기차 배터리의 성능을 극대화하는 기술

- 무선 BMS, 전기차의 가능성을 확장하다 -

▲ (왼쪽부터) 이동재 사원, 조익현 책임, 김재호 책임, 김혁주 선임

자동차에 관심이 있는 분이라면 전기자동차 배터리가 하나의 단일 구조가 아닌, 수많은 배터리 셀이 결합된 ‘배터리 팩’으로 적용되어 있다는 사실을 잘 알고 계실 겁니다. 전기차 배터리가 제 성능을 내기 위해서는 배터리 셀 하나하나가 모두 안정적으로 조율되어야 하는데요. 그 역할을 하는 것이 바로 BMS입니다. 

BMS와 무선통신 기술의 선두주자인 LG이노텍은 유선 BMS의 단점을 보완하고 혁신적인 무선 통신 기술을 적용한 무선 BMS를 개발하기 위해 힘쓰고 있습니다. 전기차의 가능성을 확장하는 무선 BMS(Wireless BMS)를 만드는 주인공들을 만나보겠습니다.

Q. 무선 BMS가 무엇인지 소개 부탁드립니다.

무선 BMS를 설명하기에 앞서 ‘BMS’가 무엇인지를 짚고 넘어가는 게 좋을 것 같은데요. BMS는 ‘배터리 관리 시스템(Battery Management System)’의 약자입니다. 배터리가 항상 최적의 전압, 전류, 온도내에서 안전하고 효율적으로 작동할 수 있도록 제어하는 장치이죠. 또한 배터리 팩의 실시간 상태를 ECU(Electronic Control Unit, 전자제어장치)에 전달하는 역할도 합니다.

전기자동차의 배터리 팩은 수많은 배터리 셀들이 결합된 구조로 이루어져 있어요. 그래서 각 셀이 정상적인 컨디션이 유지되도록 관리하는 것이 매우 중요합니다. 만약 특정 배터리 셀의 전압이 낮아지거나, 온도가 지나치게 높아진다면 어떻게 될까요? 배터리의 안정성은 물론 주행 안정성에도 영향을 미칠 수 있을 겁니다. BMS는 배터리 셀의 동작을 모니터링하고 상태를 파악하며, 셀 간의 균형을 맞추는데요. 이를 통해 배터리의 안정성을 유지하고 배터리가 제조된 수명까지 이상 없이 사용될 수 있도록 하는 필수적인 역할을 담당합니다.

무선 BMS는 이 BMS의 통신 방식을 유선에서 무선으로 바꾼 제품입니다. BMS는 BMU(Battery Management Unit) 제어기와 CMU(Cell Monitoring Unit) 제어기로 나뉘는데요. 슬레이브 제어기는 배터리 모듈(배터리 셀이 모여 이루어진 구성품)에 장착되어 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고, 마스터 제어기는 각 슬레이브 제어기의 상태를 관리합니다. 기존 BMS는 마스터 제어기와 슬레이브 제어기 간의 통신이 유선으로 이루어졌지만, 그 방식을 무선으로 바꾼 것이 바로 무선 BMS입니다. 

Q. 유선 BMS에서 무선 BMS로 전환하면 어떤 이점이 있나요? 

가장 큰 이점은 배터리 팩의 구조가 간단해지고 무게와 부피를 줄일 수 있다는 점이에요. 유선 BMS는 통신 연결을 위해 수많은 케이블이 필요하고, 이 케이블을 배치할 때 사용되는 부품과 공간도 고려해야 합니다. 반면에 무선 BMS는 케이블이 없기 때문에 그에 따른 부수적인 부품이나 공간도 필요 없어집니다. 덕분에 구조가 상대적으로 간단해지고 유선 BMS 대비 배터리 팩의 무게를 최대 90kg까지 줄일 수 있어요. 혹은 무게를 줄이는 대신 배터리 셀을 더 넣어서 주행 거리를 늘릴 수도 있죠. 결과적으로 설치와 유지보수를 간소화하며, 시스템의 유연성과 확장성을 높이는 장점이 있습니다.

Q. 그렇다면 LG이노텍 무선 BMS의 차별화된 기술력은 무엇인가요?

BMS에 무선을 도입하는 것은 기술적으로 어려운 과제입니다. 전기자동차에 필요한 안전 수준을 보장하기 위해 동일한 견고성을 유지하면서, 외부 간섭과 다중 페이딩 현상*을 방지해야 하기 때문이죠. 하지만 LG이노텍은 40년간 축적된 독보적인 무선통신 기술과 14년간의 BMS 생산 노하우를 보유하고 있어, 안정적이고 신뢰성 높은 무선 BMS 기술을 완성할 수 있었습니다. 그에 따라 차별화 포인트도 여러 개를 꼽을 수 있을 것 같은데요. 

첫 번째로, LG이노텍 무선 BMS는 상용화 제품 중에서 가장 전압이 높은 800V 시스템을 적용했습니다. 배터리의 대기 전력 최소화를 위해 고전압, 저전력 파워 회로 설계와 Active Wakeup 알고리즘을 통해 경쟁사 대비 월등히 개선된 성능을 제공할 수 있습니다.

두 번째로, BMS 업계 최초로 품질에 대한 가상 검증을 자체적으로 실시하는 시뮬레이션 기술도 구축했습니다. 이런 시뮬레이션 기술들을 바탕으로 고품질의 무선 통신 성능을 가진 BMS를 개발했습니다.

마지막으로, LG이노텍은 세계 최초 RF 모듈화 무선 BMS 플랫폼을 제공합니다. 기존에는 무선 BMS를 적용하기 위해 보드별로 안테나 설계부터 따로따로 이루어져야 했는데요. LG이노텍 무선 BMS의 RF 모듈은 사용 중인 BMS에 RF모듈을 얹어서 부속 회로를 연결하면 손쉽게 무선 BMS를 구축할 수 있습니다. 즉, 제품 공용화가 가능한 것이죠.

* 다중 페이딩 현상: 무선신호를 전달하는 전파가 전파 경로상에 있는 여러 가지 장애물에 의해 2개 이상의 경로를 통하여 수신 측에 도달하는 경우, 그 합성 신호가 시공간적으로 강도가 변하는 현상

Q. LG이노텍 무선 BMS는 고객의 어떤 Pain Point를 개선할 수 있을까요?

전기자동차의 최대 화두는 주행거리입니다. 내연기관차와 비교해서 상대적으로 짧은 주행거리가 전기자동차의 진입장벽을 높이는 요인으로 작용하고 있는데요. 

위에서 설명해 드렸던 것처럼 무선 BMS를 적용하면 기존에 유선으로 연결되던 케이블들이 없어지기 때문에, 배터리 팩 무게를 대략 30~90kg 정도 줄일 수 있습니다. 또한 배터리 팩을 추가할 공간도 10~15% 정도 추가 확보 가능하며, 이 공간을 활용하여 배터리 용량을 늘리면 전기자동차의 주행거리는 최대 50km 정도 늘어날 수 있습니다.

그리고 배터리시스템의 주요 고장 원인이었던 커넥터와 케이블 사이의 연결 불량 문제도 해결할 수 있습니다. 고도화된 데이터 처리와 정밀한 모니터링 기능을 통해 배터리의 성능과 수명을 극대화하여 고객의 운영 효율성을 향상시킬 수 있죠. 이러한 개선점들은 전기차, 에너지 저장 시스템 등 다양한 응용 분야에서 고객의 요구를 충족시킬 수 있을 것입니다.

Q. 앞으로의 계획은 무엇인가요?

무선 BMS의 성능을 더욱 향상시키고, 다양한 전기차 모델에 적용할 수 있도록 확장하는 것입니다. 현재 무선 BMS의 시장 점유율은 2% 정도에 지나지 않아요. 하지만 앞으로 저가 무선 솔루션을 확보 및 기술 고도화 등을 통해 무선 BMS 시작을 확장하는 데 기여하고 싶습니다. 나아가 장기적으로는 BMS 가 LG이노텍의 1등 제품으로 만드는 것이 목표입니다.

Q. 마지막으로, LG이노텍 무선 BMS가 Remarkable한 이유가 무엇이라고 생각하시는지 말씀 부탁드립니다.

조익현 책임 : ‘전기차의 안전성과 효율성을 새로운 차원으로 끌어올리는 혁신적 솔루션’이라고 생각합니다. 고객의 니즈를 철저히 분석하여 최고의 성능과 신뢰성을 보장하는 제품을 개발하며, 이를 통해 전기차 산업 발전에 기여하는 제품이 되기를 바랍니다.

김재호 책임 : 무선 통신을 포함한 개발, 설계, 시뮬레이션, 검증, 양산까지. LG이노텍은 업계에서 유일하게 이 모든 것이 가능한 기업입니다. 무선 BMS는 LG이노텍의 강점 분야가 융합되어 만들어진 ‘궁극기’와도 같은 제품이라고 생각해요. 

김혁주 선임 : LG이노텍의 무선 BMS는 하나만 잘하는 회사의 +α 기술이 아닙니다. BMS도 잘 만들고 무선 통신에 대해서는 통달한 회사의 ‘완벽한 시너지’의 결과물입니다.

이동재 사원 : 이를 통해 LG이노텍 무선 BMS는 전기차 배터리 관리의 혁신을 이루는 제품이라고 자부합니다! 

미래 모빌리티의 중심엔 LG이노텍이 있습니다!