LFP(리튬 철 인산염) 배터리의 장점과 단점? 테슬라 전기차에 적용된 배터리 종류는?

| 먼저 큰 틀에서 테슬라는 하드웨어와 소포트웨어 분야에서 모두 혁신적인 기술을 바탕으로 가장 앞서가고 있는 전기차 제조사입니다.
| 테슬라 전기차의 주요 하드웨어 구성요소는 크게 다음 10가지로 정리해 볼 수 있는데요.

 

Source: Tesla

 

 

1. 배터리 팩(Battery Pack): 전기차의 주요 에너지 저장 장치로 리튬 이온 배터리 팩이 포함됩니다. 배터리 팩은 전기 에너지를 저장하고 전동 모터에 전달하여 차량을 구동합니다.
2. 전동 모터(Drive Motor): 전기차의 구동력을 제공하는 모터로 배터리에서 전기 에너지를 받아 토크를 생성하여 바퀴를 회전시킵니다.
3. 인버터(Inverter): 배터리에서 나온 직류(DC) 전력을 모터가 동작할 수 있는 교류(AC) 전력으로 변환해 주는 장치입니다.
4. 충전 포트(Charging Port): 전기차를 외부 전력망에 연결하여 배터리를 충전하는 포트입니다.
5. 제동 시스템(Braking System): 전기차는 재생 제동(Regenerative Braking) 시스템을 사용하여 주행 중 에너지를 회수하고 배터리에 저장합니다. 또한 전통적인 브레이크 시스템도 있습니다.
6. 자율주행 하드웨어(Autopilot Hardware): 테슬라의 일부 모델은 자율주행을 지원하기 위해 레이더, 카메라, 초음파 센서 등의 하드웨어를 장착합니다.
7. 컴퓨터와 프로세서(Computer and Processors): 자율주행 기능을 위해 차량에는 고성능 컴퓨터와 프로세서가 장착되어 시각적 데이터와 센서 정보를 처리하고 주행 상태를 제어합니다.
8. 디스플레이와 제어 패널(Display and Control Panel): 운전자가 차량의 정보와 상태를 확인하고 제어하는 데 사용되는 디스플레이와 제어 패널이 탑재되어 있습니다.
9. 센서(Sensors): 전기차는 자율주행과 안전 시스템을 위해 다양한 종류의 센서를 사용합니다. 주행 환경을 감지하고 데이터를 수집하여 자동차의 상태를 모니터링합니다.
10. 통신 모듈(Communication Module): 차량과 외부 서버 또는 클라우드 시스템과 통신하는 모듈로, 업데이트, 원격 진단 등의 기능을 수행합니다.

 

이중 오늘은 가장 첫 번째로 배터리에 대해서 얘기해 볼까 합니다.

 

테슬라는 각 모델마다 각기 다른 다양한 배터리 종류를 사용하여 차량을 제작합니다.

이러한 배터리 종류들은 전기차의 주행 거리, 성능, 충전 시간, 안전성 등에 영향을 미치며, 다양한 모델의 전기차에 맞게 최적화되어 있습니다.

현재까지 시장에 출시된 테슬라 배터리 종류는 다음 4가지입니다.

 

LFP 배터리 팩, Source: Tesla

 

 

1. 리튬 이온(Lithium-ion) 배터리:
   테슬라의 대부분의 전기차는 리튬 이온 배터리를 기반으로 합니다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 충전 효율성으로 인해 전기차 산업에서 널리 사용되는 최신 배터리 기술 중 하나입니다. 이러한 배터리는 리튬 이온들이 양극과 음극 사이에서 이동하며 에너지를 저장하고 방출합니다.
2. 니켈-코발트-알루미늄(Nickel-Cobalt-Aluminum, NCA) 배터리:
   테슬라의 초기 모델인 모델 S와 모델 X에 사용되었습니다. NCA 배터리는 니켈, 코발트, 알루미늄과 같은 금속을 사용하여 높은 에너지 밀도와 장거리 주행을 가능하게 합니다. 초기 테슬라 모델의 성공에 크게 기여했습니다.
3. 니켈-코발트-망간(Nickel-Cobalt-Manganese, NCM) 배터리:
   테슬라의 일부 모델, 특히 모델 3 및 모델 Y에 사용되었습니다. NCM 배터리는 니켈, 코발트, 망간 성분으로 구성되어 전력과 에너지를 균형 있게 조합하여 대중적인 전기차에 적합합니다.
4. 리튬 철 인산염(Lithium Iron Phosphate, LFP) 배터리:
   테슬라 모델 3 및 일부 모델 Y에서 LFP 배터리를 사용하는 것으로 알려져 있습니다. LFP 배터리는 안전성과 수명 측면에서 강점을 가지고 있으며, 철분과 인산염으로 구성되어 발열이 적고 화재 및 폭발 위험이 적습니다.

 

 

최근 LFP 배터리가 탑재된 모델 Y가 저렴한 가격에 국내에 출시되면서 출시 단 며칠 만에 3만 대 이상의 폭발적인 예약을 기록하며 큰 인기를 끌고 있는데요. LFP 배터리 전기차의 경우 저렴한 가격대가 장점이지만, NCM 배터리 전기차와 비교해 짧은 주행거리가 단점으로 지목됩니다. 

 

다음 표에서 LFP 배터리의 장점과 단점을 비교해 보았습니다.

 

장점	단점
안전성: LFP 배터리는 안정성이 뛰어나고 발열이 적어 안전성이 높습니다. 고온에서도 안정적으로 작동하며, 과충전, 과방전, 과열 시에도 화재나 폭발 위험이 적습니다.	낮은 에너지 밀도: LFP 배터리는 다른 일부 리튬 이온 배터리와 비교하여 에너지 밀도가 낮습니다. 따라서 더 많은 용량을 담기 위해서는 더 큰 크기의 배터리가 필요할 수 있습니다
긴 수명: LFP 배터리는 다른 리튬 이온 배터리와 비교하여 긴 수명을 가집니다. 철분과 인산염으로 구성되어 배터리 성능 저하가 느리게 발생하므로, 배터리의 수명이 연장됩니다.	짧은 주행거리: LFP 배터리를 사용한 전기차의 주행 가능거리는 다른 리튬 이온 배터리보다 상대적으로 제한적일 수 있습니다. 따라서 장거리 주행이 필요한 사용자에게는 다른 배터리 옵션을 고려하는 것이 좋습니다.
높은 방전 효율성: LFP 배터리는 높은 방전 효율을 제공하여 전력 손실이 적습니다. 이는 전기차 운전 시 더 많은 에너지를 활용할 수 있게 합니다.	느린 충전 속도: LFP 배터리는 빠른 충전에는 적합하지 않을 수 있습니다. 다른 일부 리튬 이온 배터리와 비교하여 충전 속도가 상대적으로 느릴 수 있습니다.
낮은 자가 방전률: 사용하지 않을 때에도 자가 방전이 느리게 진행되어 에너지 보존에 용이합니다. 배터리를 오랫동안 방치하더라도 에너지 손실이 적습니다.
친환경적: LFP 배터리는 비교적 친환경적인 재료로 구성되어 환경에 더욱 친숙합니다. 코발트와 같은 희소한 자원을 사용하지 않아서 국가간 자원 경쟁을 완화시키고, 지속 가능한 발전에 기여합니다.
저렴한 가격: 비교적 저렴한 소재로 제조되는 LFP 배터리는 다른 리튬 이온 배터리와 비교하여 경제적인 측면에서 이점을 가집니다.

 

LFP 배터리는 안전성과 수명 측면에서 강점을 가지고 있으며, 친환경적이고 경제적인 측면에서도 이점이 있습니다.
하지만 낮은 에너지 밀도로 인해 주행가능 거리가 짧은 게 제일 아쉽네요.