배터리 (3)

 

배터리의 직렬, 병렬 연결

단일 셀 사용

리튬이온 배터리 셀(3.7V) 을 사용하는 기기로는 휴대폰, 시계 등이 있습니다.

직렬연결
배터리의 전체 전압 증가시켜서 필요한 전압을 얻을 수 있습니다.

병렬연결
높은 용량과 출력전류를 얻을 수 있습니다.

 

직/병렬연결 조합
필요한 전압과 용량을 증가시키기 위해 연결합니다.
예) 2S2P: 리튬이온 배터리 직렬로 연결된 3개의 셀 묶음 2개를 병렬로 연결한 조합을 이야기합니다.

 

 

배터리 충전

충전방법

저속 충전기(Slow Charger)
니켈-카드뮴 배터리에 사용되었습니다. 약 0.1C(배터리 용량의 1/10의 전류)로 고정된 충전속도를 지원합니다. 간단한 구조이고, 충전 전류는 항상 일정하고 충전시간은 14~16시간 정도입니다. 무선전화기, 전동칫솔 등에 사용됩니다.
cf) 납-산 배터리는 고속충전을 할 수 없고, 14시간의 충전시간이 필요합니다. 70% 용량까지는 빠르게 충전할 수 있지만 나머지 용량을 충전하는 데는 긴 시간이 필요합니다. 배터리의 황산화 방지를 위해 몇 주마다 부분 충전을 하면 좋습니다.

급속충전기(Rapid Charger)
니켈 배터리와 리튬배터리를 지원합니다. 충전시간은 3~6시간 정도이고 온도 보호기능을 가지고 있습니다.

고속충전기(Fast charger)
약 1C의 충전속도로 충전해서 더 빨라진 충전시간을 가지고 있습니다. 더 큰 전원공급기와 더 복잡한 제어회로가 필요합니다. 의료, 군사, 통신, 등과 같은 분야에 사용됩니다. 배터리가 완전충전 상태가 되면 충전전류를 낮추고, 세류충전(trickle charge, maintenance charge)모드로 전환됩니다.

초고속충전기(Ultra-fast Chargers)
대부분의 니켈-카드뮴, 리튬-이온 배터리는 전체 용량의 70%까지 빠른 속도로 충전할 수 있습니다. 이때 배터리 팩 안의 모든 셀들이 전압과 온도가 균형 잡히고 양호한 상태여야 합니다. 오래된 배터리는 높은 내부저항 때문에 많은 열이 발행하는데, 이러한 배터리는 더이상 초고속 충전을 할 수 없습니다.

USB 포트 충전
5V, 500mA로 충전가능합니다. 휴대폰과 같은 모바일 기기와 같이 단일 셀 리튬배터리를 충전할 때 사용 가능합니다. 정 
전류 충전을 시작으로 전압이 4.2V에 도달하면 전압을 고정시키고, 전류는 감소하기 시작합니다.

무선충전
전자기유도현상, 공진, 태양광 기술을 이용해 배터리를 무선으로 충전합니다. 새롭게 등장한 무선 기술들이 얼마나 효용성이 있고 또 시장에서 성공할 수 있을지에 대한 의문이 있습니다.

 

방전방법

용 어
충전상태_SOC(State of Charge), 용량상태_SOH(State of Health), 충방전률(C-rate) 
배터리 충방전시 다양한 사용조건 하에서의 전류값 설정 및 배터리의 사용가능 시간을 예측하거나 표기하기위한 단위입니다.
Ex) 대부분의 휴대용 배터리는 1C로 규정됩니다. 이상적인 조건에서 1C의 비율로 방전시키면 1,000mAh 배터리가 1,000mA의 전류를 1시간 동안 제공한다는 의미입니다. 0.5C는 2시간, 2C는 30분 방전을 의미합니다. 0.5C로 방전한다면 500mA를 2시간 동안 출력, 2C는 1,000mAh 배터리는 2,000mA의 전류를 30분동안 제공한다는 의미입니다.

 

 

 

배터리 문제

배터리 문제를 일으키는 원인

용량감소
1) 납산배터리: 황산화(Sulfation)현상배터리의 저전압상태가 지속 되었을때 음극판에 얇은 층이 생성되는 것_황산화 현상이 발생된지 얼마 지나지 않았으면 균등충전 과정을 통해 회복 가능, 격자판 부식(Grid corrosion)
2)니켈계 배터리: 메모리 효과
3)리튬이온 배터리: 셀의 산화작용

내부저항 증가
배터리가 전력을 외부로 잘 방출하려면 낮은 내부저항이 요구 됩니다. 내부 저항이 낮은 배터리는 높은 전류를 제공할 수 있지만 내부저항이 높으면 배터리 전압강하를 유발하여 장비가 꺼지게 되고 사용되지 못한 에너지는 배터리에 남겨집니다.

높은 자기방전
1차전지(알카라인)은 에너지를 누설하지 않고 유지하는데 가장 우수합니다.
납-산 배터리는 자기 방전율이 가장 낮음, 매달 5%리튬배터리 는 최초 24시간 내에 5%, 그 이후 1~2%의 자기방전, 보호회로 때문에 매달 3%의 추가적인 자기방전 니켈계 배터리는 누설되는 에너지가 가장 많아서 재충전 필요합니다.

너무 빠른 전압 차단
배터리에 저장된 모든 에너지는 방전될 수도 없고 방전 되어서도 안 됩니다. 자기 방전에 대비 핸드폰, 노트북 휴대용 장치들은 셀 전압이 3V가 되면 자동으로 off 됩니다. 하이브리드 자동차의 배터리는 20~80% 범위의 충전상태에서 동작되도록 설계되어 있어서 완전 방전될 수 없습니다. 배터리가 해당 충전상태 범위에서 가장 효율적이고 가장 긴 수명으로 사용가능합니다.-높은 충전 전압은 잠깐 동안은 용량을 증가시키지만, 수명을 단축시키고 안전성을 떨어뜨립니다.

 

배터리 관리법

 현재 휴대폰이나 보조배터리에 사용하는 리튬 계열 배터리는 완전 방전하지 말고 그때그때 충전하며 사용하는 것이 좋습니다. 배터리는 소모품이고 유통기간과 충방전 횟수 그리고 온도가 배터리 성능에 영향을 미칩니다. 
배터리 팩을 분해하거나 외부의 충격을 주면 배터리 고장의 원인이 됩니다. 사용에 주의해서 사용하세요.
 배터리 성능은 저온에서 감소하고, 상온에서 증가합니다. 30도 이상일때는 10도 마다 두 배씩 배터리 수명이 짧아집니다. 망간전지는 완전 방전되었을 때, 산성의 내부물질이 누출되는 것에 유의해서 사용하세요. 사용기기를 손상시킬 수 있습니다.

 

 

 

배터리 용어

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