[배터리 단위] 2차 전지 구성 단위 - 셀, 모듈, 팩 쉽게 정리

2차 전지와 관련하여 셀, 팩, 모듈이라는 단어가 자주 등장합니다. 느낌으로 단위라는 것은 알겠지만, 제대로 의미는 모르시는 분들이 많습니다. 이번 포스팅에서는 2차 전지 배터리의 단위인 셀, 팩, 모듈에 대한 개념을 쉽게 설명하겠습니다.

 

 

 

2차 전지의 구성 단위 - 셀, 모듈, 팩

2차 전지 배터리는 단위에 따라 셀, 모듈, 팩으로 나누어 볼 수 있습니다.

 

•  팩 (N개의 모듈 집합체 + 추가적인 시스템)
  • 모듈 (N개의 셀 집합체)
    • 셀 : 배터리 기본 단위
      • 2차 전지 소재들 (양극재, 음극재, 분리막, 전해질 or 폴리머)

배터리 구조 및 단위

2차전지 배터리의 기본 단위 : 셀

 

셀 = 양극재 + 음극재 + 분리막 + 전해질 or 폴리머 + 알루미늄 (혹은 특수 재질 플라스틱 등) 케이스

 

셀은 2차전지의 가장 기본 단위로 이러한 셀들이 모여 전기자동차 , ESS 등에 사용되는 배터리가 됩니다.

 

배터리 셀은 양극재, 음극재, 분리막, 전해질 (폴리머)의 2차 전지 소재들을 알루미늄과 같은 재질의 케이스로 조립하여 만들어집니다. 

 

특히 셀 내부의 양극재는 일반적으로 저희가 아는 리튬이온배터리, 인산철 배터리 등의 종류를 구분하는 기준이 되는 단위입니다.

 

즉 셀을 구성하는 양극재에 어떤 종류의 희토류나, 금속이 쓰였는지에 따라 (니켈, 리튬, 인산, 철, 망간 등) 배터리의 종류가 나뉘게 됩니다. 

 

 

 

셀의 집합 : 모듈

 

모듈 = N개의 셀 (주로 8~12개의 셀) + 프레임 

 

모듈은 여러 개의 셀들을 모은 뒤 열, 충격 등을 방지하기 위해 프레임에 넣어 조립한 것입니다. 주로 셀 8~12개가 모여 하나의 모듈을 이루게 됩니다. 

 

최근 삼성 SDI는 '확장형 모듈'을 공개하였는데, 이러한 확장형 모듈에는 최대 24개의 셀로 구성되어 효율적은 에너지 저장을 가능하게 합니다.

 

모듈의 집합 : 팩 

 

팩 = N개의 모듈 (주로 8개의 모듈) + BMS (배터리 관리 시스템)  +  각종 제어시스템 

 

전기자동차에 결과적으로 장착되는 배터리는 '팩' 단위로 배터리의 최종 단위입니다. 

 

팩은 여러개의 모듈과 BMS (Battery Management System) , 냉각장치, 열 관리 장치와 같은 각종 제어시스템 등이 합쳐져 제조됩니다. 

 

여기서 BMS는 배터리 셀의 전압 관리, 결함 여부 확인, 온도 측정 등 배터리 전반의 실시간 검사를 통해 효율적인 에너지 사용을 이루어내는 중요한 시스템입니다.

 

최근 2차전지 배터리는 '모듈리스' 방식으로 진화 나가고 있는데, 이는 모듈 단위가 생략된 2차 전지 배터리로 같은 팩 공간에 더 많은 배터리 셀이 들어간 구조입니다. 이를 '셀 투팩' (Cell To Pack) 이라고도 합니다.

 

이렇듯 배터리 셀 자체의 재료나 효율성을 넘어 점차 모듈과 팩 자체의 구조에도 많은 개발이 이루어지고 있습니다.