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리튬 이온 배터리 관리 최신! 꿀팁!

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최고관리자 작성일18-01-29 16:10 조회1,513회 댓글0건

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※ 배터리의 분류

배터리는 화학전지와 물리전지로 구부분되는데 아래와 같습니다. 

1. 화학전지 : 화학반응(어떤 물질이 다른 물질로 변화하는 반응)으로부터 전기 생산
ㄱ. 일차전지: 한번 사용하면(방전) 다시는 사용할 수 없는 전지
    - 종류: 망간전지, 수으전지, 아연공기전지,리튬 일차 전지 등
    - 일반적으로 시중에서  판매하는 AA, AAA 같은 건전지 생각하시면 쉽습니다.
ㄴ. 이차전지: 방전 후에도 충전하여 재 사용이 가능한 전지
    - 종류: 리튬 이차 전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 금속공기전지 등
    - 일반적으로 충전지 혹은 핸드폰, 전동킥보드 등 배터리 생각하시면 쉽습니다.
ㄷ. 연료전지: 연료의 산화반응으로 전기 생산이 가능
    - 온도에 따라 인산형, 응용탄산염형, 고체전해질형, 고분자전해질형으로 분류
2. 물리전지 : 열, 빛, 방사선과 같은 물리적 에너지로부터 전기를 생산
ㄱ. 태양전지: 태양관 에너지를직접 전기에너지로 변화하는 장치
ㄴ. 열전소자: 열 에너지를 직접 전기에너지로 변화하는 장치
ㄷ. 원자력전지: 원자력 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치

우리가 일반적으로 많이 보는 전지형태의 배터리를 배터리 셀이라고하는데 이런 경우는 대부분 일차전지를 의미하고 핸드폰, 전동킥보드, 무선청소기 등 재충전으로 사용하는 대부분의 배터리는 배터리셀+보호회로로 구성된 배터리 팩이라고 불립니다.


  

리튬 이차 전지란?

그럼 이제 우리가 실제로 사용하는 전동킥보드에 들어가는 리튬 이차 전지에 대해서 알아보도록하겠습니다.

1. 리튬 이차 전지는 어떤 배터리인가요?
- 리튬 이차 전지는 전지 속에서 이동하는 이온이 리튬 양이온인 배터리를 말합니다. 리튬이온전지, 리튬고분자전지 등 리튬 양이온의 이동 현상을 이용하는 전지를 뜻합니다.
2. 리튬 이차 전지는 크기마다 용량이나 방전률이 다른가요?
- 아닙니다. 배터리 셀 내부에 전기를 생산하는 화학물질의 밀도에 따라 용량과 방전률의 차이가 발생하죠.
- 즉, 같은 크기라도 내부 화학물질의 밀도에 따라 용량(예- 2,000mAh 등)과 방전률(고-중-일반 방전)이 결정됩니다.
- 또한, 각 배터리 셀 혹은 제조사마다 공칭전압, 용량 등이 다르기 때문에 반드시 배터리 팩을 제조할때는 동일 모델의 배터리 셀을 사용하여야 합니다.
3. 리튬 이차 전지의 종류
ㄱ. 리튬 이온 전지: 유기액체 전해질을 사용하며, 양극과 음극 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 구성과 함께 액체 전해질이 새는 것을 방지하기 위해 금속 재질로 패킹을 합니다.
ㄴ. 리튬폴리머전지: 젤 형태의 폴리머 전해질을 사용하며, 양극-전해질-음극을 일체화 할 수 있어서 파우치 등의 경량 재료로 최종 패키징을 할 수 있습니다. 또한, 고체상태의 가까운 젤형태이기 때문에 액체전해질을 사용하는 전지보다 보다 안전한 전지입니다.
4. 배터리 폭발의 원인
- 리튬 이차 전지는 충전과 방전에 따라 전극 내부 재료의 부피 팽창과 수축이 일어납니다. 전동킥보드나 전자제품을 오래사용하기 위해서는 에너지 저장 밀도를 높여야 하는데, 그러기 위해서는 주어진 공간 내에서 많은 전극물질을 넣어야 합니다. 그런 과정에서 부피 팽창과 응력이 외부로 나타나 부풀어 오르게 됩니다. 보다 더 과하게 되면 압력에 의해서 분리막을 뚫고 양극과 음극의 물질이 만나 합선에 의해 불이 붙게 되고, 내부 과산화물의 산고와 기연성 유기전해질이 반응하여 급격히 연소해 폭발이 일어나게 됩니다. 따라 이러한 사고를 방지하기 위해서 안전규격에 맞는 배터릴 사용하는 것이 좋습니다.
- 이부분을 현재 전동킥보드 등에서 발생한 화재에 빗대어 간략하게 설명하면 안전 규격에 미달되는 저가형 배터리를 사용한 제품의 경우 보호소자(PCM)의 오작동으로 인해 배터리가 열화되고 폭발할 가능성이 있습니다.
※ PCM : 리튬이온셀의 오작동을 막고 과충전 등에 따른 위험을 최소화하는 핵심 안전부품
5. 전동킥보드 등에 리튬이온 배터리 팩이 사용되는 이유
- 리튬 이온 전지는 충전과 방전을 반복하는 싸이클의 수명이 길고 휴대성이 우수하며, 에너지 저장 밀도가 높기 때문에 사용에 적합니다. 에너지 저장 밀도가 높다는 의미는 주어진 공간 내에서 사용할 수 있는 에너지의 양이 많다는 의미죠.
- 위에서 설명드린 좀더 안전하며 다양한 형태로 만들 수 있는 리튬폴리머를 사용하지 않는 이유는 단가가 높기 때문입니다.


리튬 이온 배터리의 기본 상식!


1. 겨울철에 배터리가 빨리 소모되는 이유.
- 겨울철에는 온도가 낮아지기 때문에 배터리의 전반적인 화학반응이 느려집니다. 리튬이온배터리는 전해질과 양극 및 음극에서 움직이는데, 온도가 낮아질수록 전지의 내부저항이 증가하게 되고 배터리의 전압이 낮아집니다. 또한 전기량도 충분히 방전하지 못하는 원인이 됩니다. 에너지는 전기량과 전압의 곱인데, 전반적으로 에너지가 줄어들고 결국에 겨울철에 배터리가 빨리 닳게 됩니다.
따라서 겨울철 배터리를 온도가 낮은 외부에 보관하기 보다는 따뜻한 실내에서 보관하는 것이 좋습니다. 또한 추위로 인해 이미 방전되거나 소모된 배터리의 경우라도 사용하지 못한 전기량은 내부에 잠재적으로 사용 가능한 형태로 남아 있기 때문에 배터리의 온도를 높인다면 다시 남아 있을 에너지를 사용할 수있습니다. 
그렇다고 기온이 낮은 배터리를 따뜻한 장소에 두자마자 배터리가 잘 작동하는 것은 아닙니다. 표면은 따뜻할지라도 내부는 아직 차갑기 때문에 배터리를 약 30분 정도 예열한 후 사용하는것이 좋습니다.

2. 배터리는 왜 시간이 지나면 성능이 떨어지나요?  
- 배터리의 구조는 여러가지 화학물질이 가루(분말) 형태로 존재하고 있고, 이것을 고정하기 위해 결합제로 붙여놓은 모양으로 존재합니다. 배터리를 뜯어보면 가루 형태로 되어 있고 이러한 가루를 접착제로 붙여놓은 것과 같은 구조를 가지고 있습니다.
 하지만 충/방전을 계속하게 되면 가루로 된 화학물질의 일부가 조금씩 떨어져 나가게 됩니다. 결국 떨어져 나간만큼 전자를 줄 수 없어 용량이 떨어지고 수명도 줄어들게되죠. 그 결과 저항이 증가하고 배터리가 낼 수 있는 전압도 감소하게 됩니다. 에너지는 전기량x전압으로 결정되는데 전압이 감소하게 되니 배터리가 힘을 낼 수 없는 상황이 벌어지고 수명도 점점 짧아지게 됩니다.
 이러한 원리를 감안할 때 배터리의 성능은 좋은 화학물질의 사용과 이러한 화학물질이 잘 떨어지지 않게 도와주는 좋은 결합제의 역할에 따라 결정된다고 볼 수 있습니다.
- 위 내용을 살펴보면 왜 국산 배터리 셀이 좋은지 알 수 있겠죠? 배터리 셀의 내부 화학물질을 만들어내는 기술력이 높을수록 배터리의 품질이 결정되어 효율과 수명이 높아진다는 의미입니다.  

3. 배터리는 완전 방전한 다음 충전하는 것이 좋나요?
- 이전에 가정에서 주로 사용하던 900MHz 무선전화기나 면도기에는 일명 '니카드전지'가 사용되었습니다. 이 전지는 사용 패턴을 기억해 충전된 만큼 소비하는 "메모리이펙트"를 가지고 있어서 완전히 전지를 0%로 방전한 후 충전하는 것이 좋았습니다.
하지만 요즘 일상생활에서 주로 사용되는 휴대전화, 디지털 카메라, 전동킥보드 등 주요 제품에 쓰이는 배터리는 모두 리튬이차전지가 사용되고 있습니다. 리튬이차전지의 경우에는 니카드전지의 메모리이팩트를 가지고 있지 않기 때문에 완전 방전한 다음 사용하면 수명이 짧아집니다. 리튬이차전지에는 정상 작동 범위가 있는데 하안 전압 이하로 유지되면 전지의 구성 재로가 부식되어 제 기능을 못하게 됩니다. 즉 완전 방전하게 되면 내부에서 전자를 주고 받는 '집전체'라는 구성회로의 손상이 가속화되기 때문에 문제가 생기고 배터리의 성능을 저하시키게 됩니다.
따라서 리튬이차전지를 사용하는 전자기기의 경우 0%가 아니더라도 늘 충전기를 꽂아놓는 것이 좋으면 이미 방전된 상태라면 즉시 충전하는 것이 바람직합니다.
※ 완전 충전되면 충전기와 분리시켜주는 것이 안전합니다. 만약 내부 PCM과 같은 보호회로와 충전기에 손상이 발생된 상황이라면 완충 상태에서도 계속해서 충전하기 때문에 배터리가 폭발할 가능성이 있습니다. 이상이 없는 상태에서는 상관없지만 평소에 완충후에도 빼두는 습관을 갖는다면 해당과 같은 위험 상황을 어느 정도 방지할 수 있지 않을까하는 생각입니다.  

4. 제한된 시간에서 배터리를 빨리 충전방법이 있나요?
- 보통 전자기기에 사용되는 리튬이차전지는 300회 충전 이후부터 내부저항이 빠르게 증가하고 이로 인해 화학 반응과 충전 속도가 늦어지게 됩니다.
 하지만 온도를 높이면 이러한 화학반응의 속도가 빨라지고 배터리의 내부저항도 감소하게 됩니다. 통상 10도의 온도 증가로 반응속도가 약 두 배로 빨라지고 20도와 30도로 올라가면 각각 4배와 8배로 빨라진다고 합니다. 따라고 따뜻한 곳에서 충전하면 더욱 빨리 충전이 되겠죠?
- 그렇지만 여기서 주의할 사항은 60도가 이상 넘어가면 배터리 자체에 손상이 발생하게 된다는 점입니다. 배터리뿐만 아니라 배터리와 함께있는 기타 부품에도 많은 손상이 가겠죠?  무엇이든 적당한게 좋습니다.

 

 

※​배터리 관리하기!


1. 배터리 급속충전!
- 급속충전기는 전류를 많이 내도록 구성된 출력이 큰 장치입니다. 높은 전류로 급속히 전지를 충전하면 전극 재료 내부의 농도 편차가 증가하고 이는 배터리 성능에 악영향을 미치는 원인이 됩니다.
- 전동킥보드의 경우 대부분 입력이 2A인 충전기를 사용하는 배터리 병렬 갯수에 따라 일반 충전량이 달라질 수 있습니다. 예를 들어 5개의 병렬이라면 5A까지 일반 충전이 가능합니다. 병렬 1개당 1A를 받아들인다고 쉽게 이해하시면 좋습니다. 그 이상을 넘어가면 급속충전이라 볼 수 있으며 급속 충전시에는 배터리 등에 매우 안좋은 영향을 미침으로 되도록이면 급속 충전은 안하는게 좋습니다.

2. 배터리 충전!
- 가능한 그때 그때 충전하는 것이 좋습니다. 방전상태에서는 음극집전체의 부식 손상으로 고장을 일으키므로 0%까지 방전시키는 것보다 그때 그때 충전하는 것이 좋습니다.
- 그리고 장기간 충전을 못하고 보관할 경우는 배터리를 60% 정도 충전 후 분리하여 보관하는 것이 좋습니다. 참고로 대부분의 배터리셀은 유통 시 약 60%만 충전되어 유통이 됩니다. 새 전동킥보드를 구매하시면 충전이 60%정도만 되어 오는것도 그 이유입니다.
-  만약 제품에 장착하여 보관하실 경우 최소 1달에 한번은 잔량 체크 후 충전해주시는게 좋습니다. 제품에 따라 전원을 Off했더라도 에너지가 소모되는 상황이 있기 때문에 소모량을 체크하여 상황에 맞에 충전을 해주시는 것이 배터리를 오래 사용하는 방법입니다. 

 

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