2024. 1. 28. 00:48ㆍMobility +/Tech Basics
전기차의 알파이자 오메가, BMS 시스템의 정의와 필요성
안녕하세요. 이번 포스팅에서는 전기차에서 가장 중요한 시스템 중 하나인 BMS 시스템에 대해 다뤄보려 합니다.
Tech Basics 자체가 차량에 대해 전혀 모르는 분들이라도 이에 대해 이해할 수 있도록
막힐 수 있는 모든 부분을 쉽게 풀어 나갈 예정이라는 점 역시 함께 전달드립니다.
전체적인 글은 아래 목차와 같이 진행되니, 참조 후 필요한 부분 편하게 이동하시기를 바랍니다!
목차
1. 제어기와 BMS 시스템의 정의2. 전기차에서 BMS가 수행하는 3가지 역할
3. BMS 시스템이 자동차 기업과 탑승자에게 중요한 이유
1. 제어기와 BMS 시스템의 정의
자동차 내부에 적용되는 BMS는 무엇을 뜻할까요? BMS는 Battery management system의 약자로, 차량 내 배터리를 통합적으로 관리하는 제어기를 뜻합니다. 여기서 제어기란 차량 내에서 운전자가 하는 명령을 수행하기 위해 전기적인 신호를생성하는 하나의 작은 컴퓨터라고 생각해주시면 됩니다. 흔히 말해 우리가 차량 내에서 와이퍼 스위치를 올리는 경우를 가정해볼게요. 이 상황에서 와이퍼를 올리는 상황이 명령을 내리는 것이고, 이 신호는 와이퍼에게 명령을 내리는 제어기로 전달됩니다. 차량의 제어기가 전기전자 신호를 발생시킨다는 점에서 전문적인 용어로는 이를 ECU(Electronic Control Unit)이라 부르기도 합니다. 제어기는 전기적 신호를 생성해서 와이퍼를 작동시키는 것과 같이 차량이 작동하게 됩니다. 추가로 말하면 현재 차량이 점점 발전할수록 점차 제어기의 개수는 증가하는 트렌드를 보이고 있습니다.
BMS는 차량 내 배터리를 전체적으로 관리하는 제어기라고 했죠. 근데 BMS는 전기차가 도입될 때 새롭게 도입된 제어기입니다. 운전을 한 번이라도 해보신 분들은 아시겠지만 이미 차량에는 배터리가 있어요. 12V의 저전압 배터리가 이미 차량에 시동을 걸기 위한 목적으로 오랫동안 존재했는데 왜 전기차가 도입되면서 새롭게 등장한걸까요? 이를 위해서는 제어기의 역사를 함께 생각해보아야 합니다.
제가 알기로는 제어기가 최초로 도입된 부분은 바로 엔진입니다. 차량의 움직임에 있어서 가장 중요한 부품이죠. 엔진을 제어하기 위한 목적의 ECU(Engine Contorl Unit: 엔진을 제어하기 위한 목적의 제어기로, 일반적인 제어기를 뜻하는 Electronic Control Unit과 약자는 동일하지만 뜻은 상이합니다.)이 최초 도입된 이후 더 많은 부분에 편리하게 명령을 내리기 위한 욕구가 더욱 높아지며 제어기가 확장된 것이죠. 이를 고려해본다면 전기차의 주행에 있어 배터리는 기존의 연료와 같은 핵심적인 역할을 하고 그 사용도가 더욱 높아졌기 때문에 BMS가 도입되었다고 볼 수 있습니다.
2. 전기차에서 BMS가 수행하는 3가지 역할
전기차에서 BMS 시스템은 아래와 같이 크게 3가지 역할을 수행하기 때문에 중요하게 여겨집니다.
1. 배터리의 효율성 향상을 통한 차량 성능의 강화
앞서 BMS는 차량 내 배터리를 통합적으로 관리하는 역할을 수행한다고 했죠. 배터리를 관리하는 가장 큰 목적은 전기차의 가장 큰 약점 중 하나인 충전의 불편함을 최소화하기 위함입니다. BMS는 배터리를 효율적으로 관리하는 방법을 통해 에너지 효율을 최대한 높게 가져가려는 로직이 들어있습니다. 이를 통해 주행거리를 최대한 늘림으로써 운전자가 자주 충전해야 하는 불편함을 최소화할 수 있습니다. 또한 배터리 온도 조절 역시 함께 수행하는데요. 열이 난다는 것은 그만큼 에너지가 외부로 새나간다는 것을 뜻합니다. BMS는 배터리의 열관리를 통해 적정 온도를 유지함으로써 최대한 효율을 높게 유지하는 역할을 수행합니다.
2. 배터리의 위험 요소 파악을 통한 안전 확보
두 번째로 BMS는 사전에 위험 요소를 파악해 운전자와 동승객의 안전을 확보하는 역할을 수행합니다. 이전 현대자동차의 아이오닉5 화재 사건에서 많은 사람들이 놀랐던것은 차량이 빠르게 전소되어 탈출할 시간이 없었다는 건데요. 전기차에서화재가 나면 불이 쉽게 꺼지지 않기 때문에 항상 위험을 빠르게 감지하고 대응하는 것이 중요합니다. BMS는 여기서 이를 방지하기 위한 중요 시스템입니다. 실시간으로 배터리 온도를 감지하고 위험 상황을 감지하며 위급할 때 전류를 끊는 역할을 수행하기도 하고요. 배터리 내부의 셀 전압을 동일하게 맞추는 셀밸런싱 작업을 수행함으로써 과충전/과방전으로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 위험을 줄이는 역할을 담당합니다.
3. 배터리 충전 효율성 확보
마지막으로는 BMS는 전기차 충전의 효율성을 높이는 역할을 수행합니다. 차량이 충전될 때 그 속도를 더욱 빠르게 하는 것은 배터리가 에너지를 빠르게 채울 수 있도록 하는건데요. BMS는 외부 온도에 따라 달라질 수 있는 충전 효율을 높이는 기능을 포함하고 있습니다. 예를 들어 여름철에는 배터리 내부 온도를 낮추고, 겨울에는 높이는 방식을 활용함으로써 항상 적절한 상태를 유지하게 하는 것이죠. 이는 배터리 내부의 각 셀(전지)가 가장 높은 효율을 높이는 온도가 있는데, BMS가 충전 중에 미리 해당 온도 값을 설정하게 함으로써 더 빠르게 충전할 수 있도록 도와준다와 같이 이해해주시면 될 것 같습니다.
3. BMS 시스템이 자동차 기업과 탑승객에게 중요한 이유
BMS 시스템은 왜 자동차기업 그리고 고객에게 중요하게 여겨질까요? 가장 큰 이유는 뭐니뭐니해도 역시 "안전"이라고 생각합니다. 왜냐하면 자동차는 사고가 났을 때 다른 전자제품이나 가전과 달리 사람이 직접적으로 사망에 이를 수 있는 상품이기 때문이죠. 기존 내연기관 자동차와 다르게 전기차는 배터리를 탑재했기 때문에 그 위험성이 더욱 높아진거죠. 대부분 자동차에서는 리튬이온 배터리를 주 동력원으로 사용하는데요. 배터리에 문제가 발생하면 폭발하듯이 사고가 일어나 운전자가 대피할 수 있는 시간이 부족하다는 문제점이 있습니다.
이런 문제에서 자동차 기업이 마냥 고객에게 책임을 전가할 수 없기 때문에 BMS를 통해 배터리를 시기 적절하게 관리하려는 노력이 진행 중입니다. 고객이 자동차를 관리하는 방법이 각자 다르기 때문에 배터리의 상태 역시 전부 다를 수 밖에 없습니다. 비록 완벽한 생산 라인을 도입해 모든 차량의 품질이 동등하다는 가정을 해도 말이죠. 자동차가 제품 수명이 길어 고객의 관리 방법에 따라 화재 위험이 높아질 수 있는데요. 이런 모든게 리스크인만큼, 자동차 기업 입장에서는 BMS를 통해 안전한 수치를 유지하려한다라고 이해해주시면 될 것 같습니다.
그래서 실제 자동차 리콜과 관련된 정보를 보면 BMS가 안전 관련해 수행하는 역할을 찾아볼 수 있는데요. 비바모빌리티(VIVA MOBILITY)는 영하에서 충전 시 미리 배터리의 온도를 높이지 않아 화재의 위험이 발생할 수 있다는 이유로 소프트웨어 업데이트를 진행하기도 했고요. 메르세데스-벤츠의 경우 배터리에서 과전압이 발생했을 때 내부 저항이 손상됨에 따라 BMS가 배터리 상태를 감지하지 못하게 되어 차량의 위험을 운전자가 감지할 수 없는 상황을 방지하기 위해 BMS 로직을 수정하기도 했습니다. 이외에도 전기차 화재를 미리 사전 방지하기 위해 BMS를 업데이트 하는 사례를 통해 그 중요함을 파악할 수 있었습니다.
이번 포스팅에서는 BMS의 정의와 필요성에 대해 알아보았습니다.
아래와 같이 오늘 포스팅을 요약해보며 글을 마칩니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
BMS : Battery Management System
▷ BMS는 전기차 이용객을 화재로부터 지키고 경제적인 운전을 보조하기 위해 존재
▷ 기존 12V 시스템 대비 전기차에서는 고전압 배터리의 중요성이 높아진 것이 BMS의 등장 경
▷ BMS는 충전&주행 시 온도 조절, 배터리 전압 모니터링 및 셀 밸런싱 등을 담당
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