[e돋보기] 배터리관리시스템(BMS)

[양태훈기자] 배터리관리시스템(BMS)은 최적의 배터리 제어를 통해 배터리 셀 간의 균형을 잡아 배터리 성능의 극대화와 안전성을 동시에 확보하는 역할을 한다.

이는 전기자동차 보급화를 위한 중요한 기술로 주목받고 있는데, 배터리 팩에 저장된 전기 에너지를 완벽히 활용할 수 있도록 해 주행거리를 연장시켜주고, 안정적인 연료 측정을 통해 전기자동차에 대한 신뢰도를 높여줄 수 있기 때문.

또 발전소에서 생산된 전력을 저장해 뒀다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 에너지 저장 장치(ESS)의 효율성 제고를 위해서도 BMS는 중요한 기능을 담당한다.

BMS에 사용되는 기술은 열에 약한 배터리를 균등 냉각해 동일한 성능을 유지하도록 해주는 열관리 제어와 각 배터리 상태를 파악해 최적 효율점에서 작동하도록 해주는 배터리 충전상태 (SOC, State Of Charge) 제어 기술로 나뉜다.

열관리 제어 기술은 시스템의 전압, 전류 및 온도를 모니터링해 최적의 상태로 유지·관리해 시스템의 안전한 운영을 위한 경보 및 사전 예방 조치를 취하는 기술을, SOC 제어 기술은 셀 밸런스를 통해 모든 셀을 균등한 충전상태로 유지시켜주는 기술을 말한다.

배터리의 경우, 충전상태가 너무 낮거나 높은 상태가 반복되면 배터리의 열화가 빠르게 진행돼 수명 및 성능 저하가 일어날 수 있는 만큼 SOC 제어 기술이 중요하게 여겨지고 있다.

BMS의 하드웨어 및 소프트웨어 구성을 알아보면, 먼저 하드웨어는 크게 전자제어장치(ECU) 본체와 셀 모듈(CM, Cell Module)로 구성. 세부적으로는 절연형 CAN(Controller Area Network)을 통해 서로 접속, 각 셀 모듈은 셀 스택(Cell Stack, 단일 배터리 셀의 서브 스택)과 연결돼 있다.

소프트웨어는 전압, 전류, 온도 등을 계측하는 계측 알고리즘과 충전량 계산(SOC), 수명 예측(SOH), State Of Health), 셀 밸런싱 알고리즘, 온도 관리, 진단 알고리즘, 방호 알고리즘 등이 사용된다.

예컨대 배터리 셀 간의 전압 차이가 발생하면, 하드웨어가 전압이 높은 특정 배터리 셀을 검출하면 논리 회로는 소프트웨어에 따라 해당 배터리 셀에 외부저항 회로망을 접속해 방전을 통한 전압차 조절에 들어가는 식이다.

현재 국내 시장에서 삼성SDI와 LG이노텍, 현대모비스, 파워로직스 등이 BMS의 기술개발 및 생산을 진행 중이다.

특히, 삼성SDI는 지난 2월 마그나 슈타이어의 전기차용 배터리팩 사업 전담 자회사인 '마그나 슈타이어 배터리 시스템(MSBS)'의 지분을 모두 인수함에 따라 배터리 초기 부품인 셀부터 완성 단계인 모듈과 BMS를 포함한 배터리 팩까지 배터리 시스템 일관 사업 체제를 완성한 상태.

한편, 한국과학기술정보연구원에 따르면 세계 BMS 시장규모는 지난해 30억2천만 달러(한화 3조 4천911억2천만 원)에서 올해 41억5천만 달러(한화 4조 7천974억 원)으로 증가, 오는 2019년에는 121억6천만 달러(한화 14조 569억6천만 원)로 성장할 전망이다.