왜 리튬이온 배터리일까?
리튬이온 배터리 튜토리얼
리튬이온 배터리?
리튬이온 배터리는 일상생활에서 대부분의 전자 기기에서 흔하게 사용되고 있다. 어디에 사용되는지 아직 모른다면, 지금 당신의 가장 가까이에 있는 스마트폰을 보면 된다. 소비자 입장에서 쉽게 접근할 수 있고, 쉽게 사용하며, 쉽게 충전할 수 있다. 우리 생활의 모든 부분에 존재하고 있다고 해도 과언이 아니다.
대부분의 스마트 모빌리티는 자연스럽게 리튬이온 배터리를 주요 동력원으로 선택했고, 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)과 국내 기업 제조 셀(삼성 SDI, LG 전자)은 소비자들의 신뢰를 받고 있다.
장점
리튬 이온 배터리는 알칼리 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 납산 배터리, 리튬 철 배터리 등과 같은 다른 배터리 기술에 비해 가장 높은 에너지 밀도를 가지고 있다.
충전 주기가 가장 길어 수명이 길다.
메모리 효과가 없어 배터리를 충전하기 전에 배터리를 0%까지 사용할 필요가 없다.
자연 방전율이 낮다. 리튬 이온 배터리는 사용하지 않는 시간이 길어도 손실되는 충전량이 적다. (월 5~10%)
단점
온도에 민감하다. 영하권의 저온이나 너무 높은 고온에서는 충전 효율이 떨어진다. 또한, 배터리 방전도 빠르다.
하나의 셀이 고장 나면 체인 반응을 일으켜 전체 배터리 팩이 쓸모 없어진다.
일정 온도 이상일 때 폭발 위험성이 있으며, 각 셀이 일정 전압 이하로 유지될 경우 배터리 수명에 영구적 손상을 입을 수 있다.
그러나 적절한 보호 회로와 기계적 보호 기능을 사용해 리튬 이온 배터리가 가진 단점을 줄일 수 있다. 폭발이라는 위험이 있지만 장점이 훨씬 많고 크기 때문에, 오랜 기간 동안 전자 제품의 기본 전지가 되었다.
리튬이온 배터리 팩에 대해 알아야 할 모든 것
배터리 팩은 직렬 및 병렬로 구성된 리튬이온 셀의 조합이다. 각 셀은 2.3~4.2V 사이의 전압을 가지며 공칭 전압은 3.6V, 용량은 2.2Ah(2200mAh)에서 4.8Ah(4800mAh)의 용량을 유지한다. 만일 9Ah 36V 배터리 팩이라면 몇 개의 셀이 있을까?
총 40개의 셀이 있다. 각 셀에는 3.6V의 전압이 있으므로 36V의 공칭 전압을 구성하는 10개의 셀이 직렬로 연결되어 있다. 또한 9Ah를 구성하기 위해 2.2Ah 용량의 각 셀이 병렬로 4개씩(반올림 되어 9A로 적용된다) 연결되어 있다.
배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)
이 작은 스마트 모듈은 배터리의 과충전 및 과방전을 방지하기 위해 개별 리튬 이온 셀의 방전 및 충전을 조절한다. 셀 전체가 모두 일정한 전압으로 충전되도록 하기 위해서 전체 배터리 팩의 충전량의 균형을 유지하는 데에도 도움을 준다. 또한 BMS는 충전 한계인 4.2V에 도달하면 셀 손상 방지를 위해 자동 차단 보호 기능을 제공한다. 적절한 보호 회로를 통해 BMS는 리튬 이온 배터리 팩의 수명을 연장함으로써 스마트 모빌리티의 전반적인 수명 역시 연장시킨다.
관리 방법
배터리는 스마트 모빌리티에 있어서 가장 비싼 부품이기 때문에 사용자는 배터리를 관리하는 방법을 알아둘 필요가 있다. 조금의 관리를 통해 배터리 수명을 유지할 수 있다.
1. 모빌리티를 30° C 이상의 고온에 보관하지 않기. 특히 여름철 야외 주차장에 주차할 경우 자동차 트렁크에 보관하지 않아야 한다.
2. 과충전은 금물. 4.2V(만충 전압)까지 충전된 리튬 이온 셀은 일반적으로 300~500번의 충전 회수(사이클)를 갖는다. 4.0V에서는 1200~2000 사이클, 3.9V에서는 2400~4000 사이클을 제공한다. 가장 좋은 충전 전압은 3.92V로 알려져 있다.
3. 완전 방전도 금물. 장시간 모빌리티를 사용하지 않을 계획이라면 배터리가 10% 이하로 떨어지지 않도록 해야 한다.
사용 시 주의사항
앞서 말했듯 리튬이온 배터리는 메모리 효과가 없다. 과거 니켈 카드뮴 배터리는 잔량이 남아있을 때 충전을 하게 되면 그 잔량을 기억했다가 배터리의 최대 에너지 용량을 잃는 효과가 있었다. 그러나 리튬 이온 배터리는 이 메모리 효과가 없고, 오히려 자주 충전해주지 않으면 내부 충전액이 굳어져 수명이 줄어들기 때문에 자주 충전해주는 것이 좋다.
다른 종류의 배터리에 비해 사용량이 많을 경우 배터리가 뜨거워지는 현상이 발생한다. 또한 충전 시 온도가 올라가고 방전 시 온도가 내려가는 특징이 있는데, 특히 대용량의 스마트 모빌리티 배터리는 과충전으로 인한 폭발에 주의하여야 한다.
가장 잘 안다고 생각하는 사람일수록 더 모르는 게 많은 법이다. 항상 사용하는 배터리도 마찬가지 아닐까? 다 안다고 생각하는 것도 더 공부하고 주의해 안전하게 관리하는 자세가 필요하다.
