충전식 제품 고장원인: 배터리 셀 밸런싱 문제

무선청소기 고장 중에 배터리 고장이 상당히 많습니다.

 

초창기 무선 청소기에는 셀 밸런싱 하는 기능이 있었지만,

셀 밸런싱이 없어도 보증기간 내에는 잘 고장 나지 않기 때문에

셀 밸런싱 기능이 없는 제품이 꽤 많습니다.

 

전동 공구, 전동 킥보드, 무선 청소기 등등의 경우에는

직렬연결 병렬연결된 배터리 구조로 되어있습니다.

 

도대체, 왜 셀 밸런싱이 중요한지 알아보도록 하겠습니다.

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병렬구조 특성

병렬연결 시에는 배터리가 서로서로 병렬연결이 되어있기 때문에

배터리 셀 간의 전압이 같습니다.

그렇기 때문에 배터리 셀 각각의 전압이 같게끔 조정해 줄 필요가 없습니다.

 

배터리 3개를 연결했지만, 병렬 연결이기 때문에

제품을 구동하는데 높은 전압이 필요하다면,

승압회로가 필요합니다.

 

승압회로를 쓰게 되면 비용이 올라가므로,

고출력 제품에는 잘 사용하지 않습니다.

 

저가형 보조배터리나, 랜턴등

높은 출력이 필요없는 곳에는 많이 쓰입니다.

 

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직렬구조 특성

셀이 직렬로 연결되어 있습니다.

셀 1개를 추가할 때마다 점점 더 높은 전압을 얻을 수 있습니다.

 

하지만,

같은 용량의 셀을 사용하더라도,

셀마다 조금씩 용량과 내부저항이 다릅니다.

 

여러 번 충방전을 반복하다 보면 결국에는

배터리 셀 간의 배터리 전압차가 발생하게 됩니다.

 

각각의 배터리 셀 전압을 같게 맞춰주지 않게 되면,

 

결국에는 한쪽 셀이 과방전 되어 사망합니다.

이때 보호회로는 전압 이상을 감지하여

더 이상 충전도 방전도 할 수 없도록 차단시켜 버립니다.

보호회로 락 걸렸다고 하기도 합니다.

 

리튬이온 배터리의 경우 대략 2.5V이하로 떨어지게 되면

과방전 되었다고 합니다.

 

강제로 충전하면 다시 전압이 올라가긴 하나,

제 용량이 안 나올뿐더러, 화재 위험이 있습니다.

 

직렬로 연결하면, 높은전압을 쉽게 만들 수 있기 때문에,

 

무선 전동공구, 전동 킥보드, 무선 청소기에 많이 쓰이며,

고가의 고출력 보조배터리, 노트북 배터리에도 이런 방식입니다.

 

캠핑용 보조배터리, 전기차에는

병렬과 직렬을 모두 사용합니다.

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해결방법

배터리 밸런싱 회로를 탑재해서

각각의 셀 전압을 같게 만들어 주는 방법이 있습니다.

 

저항으로 방전을 해서 전압을 맞추면 패시브 밸런싱

 

전압이 낮은 배터리를 전압이 높은 배터리로 충전해서

전압을 맞추면

액티브 밸런싱이 됩니다.

 

충전할 때 또는 사용하지 않을 때 밸런싱을 하는 제품도 있습니다.

 

밸런싱 회로 가격은 비싸지 않습니다.

 

그렇지만, 직렬 배터리셀 구조에서

밸런싱 회로가 없다면

배터리 수명 감소에 큰 영향 줍니다.

 

고출력을 요구하는 보호회로 없는

드론 배터리의 경우에는

셀 밸런싱이 심하게 틀어진 환경에서

충전 또는 방전 시 폭발우려가 매우 크므로

충전할 때마다 셀 밸런싱을 합니다.

 

 

일부러 수명을 단축할 겸,

사용자는 밸런싱 모르니까

원가 절감할 겸

밸런싱 회로를 넣지 않은 제품도 있습니다.

 

매번 충전할 때마다 셀 밸런싱을 한다면,

밸런싱을 안 하는 배터리보다 꽤 수명이 길뿐만 아니라,

배터리 출력 구간을 더 많이 사용할 수 있습니다.

 

 

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