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배터리 ECM(Equivalent Circuit Model, 등가 회로 모델)은 배터리의 전기적 동작을 간단한 회로로 표현한 모델이다.

실제 배터리는 복잡한 화학 반응과 물리적 구조를 가지고 있지만, 전기적 성질만 관찰하고 싶을 때 이를 간단한 회로로 나타낸다. 즉, 복잡한 시스템을 간단히 표현한 것이 등가 회로이다. ECM과 비교하여 가장 많이 비교하는 배터리 모델이 물리기반 모델인데, 두 배터리 모델의 차이점은 다음과 같다.

파이썬을 이용하여 이러한 배터리 모델을 구현하기위하여, 일부 배터리 시뮬레이션 패키지를 제공한다. 일부 Customized는 힘들긴 하지만, 그래도 MATLAB과 같은 상용 툴에 비하여 무료라는 강력한 장점이 있다. 기회가 된다면 스터디해보아도 좋겠다.

https://pybamm.org/

https://liionpack.readthedocs.io/en/latest/

그림출처 : https://inside.lgensol.com/2022/02/lfp-%eb%b0%b0%ed%84%b0%eb%a6%ac%eb%8a%94-%eb%8c%80%ec%84%b8%ea%b0%80-%eb%90%a0-%ec%88%98-%ec%9e%88%ec%9d%84%ea%b9%8c/

LFP가 무엇인가요?

현재 전기차 동력의 핵심인 2차 전지의 대부분은 리튬이온 배터리입니다.

2차 전지는 우리가 흔히 아는 배터리를 떠올리는 건전지인 한번 사용하고 재활용이 불가능한 1차전지와 다르게, 리튬 이온의 이동에 따라 충전과 방전이 가능하다는 것인데요. 리튬이온배터리는 양극재를 어떻게 구성하느냐에 따라 분류되어집니다. 국내에서 주력하고 있는 이차전지는 삼원계 배터리, 사원계 배터리이며, 중국 시장이 주로 이끌고 있는 LFP 배터리로 구분되어집니다. 

리튬이온배터리의 양극재 구성은 Li+(리튬이온)과 M(금속) 그리고 산소와 인산(PO4)이 음이온의 형태로 구성되어 있습니다. 여기서 M이 어떤 물질을 사용하느냐에 따라 삼원계, 사원계 등등 결정됩니다.

LFP 배터리는 M(금속)에 인산철을 넣어 Fe(철)과 PO(인산)이 포함된 인산철을 넣어 LiFePO4 구성됩니다.

그렇다면 왜 LFP(리튬인산철)이 시장을 이끄나요?

가격 측면에서 가장 큰 차이점은 국내에서 생산하는 이차전지인 삼원계,사원계 배터리가 비싼 금속인 코발트 혹은 니켈을 포함하고 있다는 것인데요. 코발트나 니켈 없이 보다 싸게 제조할 수 있는 LFP가 대안으로 사용되고 있습니다. 

리튬인산철(LiFePO4)은 올리빈 구조를 가지고 있어 매우 안정적이라, 과충전이나 과방전으로 인한 위험이 낮아 화재로부터 안정하며, 배터리 열화되는 현상도 적어 수명도 긴 편입니다.