배터리의 구성에 있어 기본이 되는 단위를 셀이라고 합니다. 바꿔 말하면 이런 셀들이 모여 배터리가 되는데 같은 셀이라도 전압차가 생기기도 합니다. 셀들의 전압 차이를 조정하는 것을 셀 밸런싱이라고 부릅니다.
셀 밸런싱이 중요한 이유
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셀의 전압차가 크면 과충전된 셀과 과방전된 셀의 수명과 성능이 저하됩니다. 셀
밸런싱을 통해 모든 셀의 상태를 고르게 유지시켜야 수명이 연장됩니다.
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셀 간 전압차가 크면, 과충전된 셀이 화재를 일으킬 위험이 있어 셀 밸런싱을
통해 이런 위험을 줄일 수 있습니다.
- 셀 밸런싱을 유지하면 배터리 전체의 성능 향상과 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
전기자동차의 경우 배터리팩은 상당히 많은 셀로 구성됩니다. 그 많은 셀의 밸런싱이 제대로 유지가 되지않는다면 배터리 성능 저하 및 주행거리 감소 뿐 아니라 심각한 경우 화재 발생으로 이어질 수 있기 때문에 셀 밸런싱은 상당히 중요합니다.
셀 밸런싱의 종류
수동형 밸런싱과 능동형 밸런싱으로 구분됩니다.
- 수동형 밸런싱: 저항을 이용하여 과충전된 셀의 에너지를 소모시켜 다른 셀과 전압을 맞추는 방식입니다. 간단한 방법이지만 효율이 낮고 에너지 손실이 발생할 수 있습니다.
- 능동형 밸런싱: 전자회로를 이용하여 과중전된 셀의 에너지를 낮은 전압의 셀로 이동시켜 전압을 맞추는 방식으로 효율이 높고 빠르게 밸런싱을 할 수 있지만 회로의 복잡성 때문에 비용이 많이 발생합니다.
셀 벨런싱을 위한 BMS의 역할
배터리에는 BMS(Battery Managment System)이 탑제되어 있어 배터리의 성능을 최적화하고 수명을 연장하기 위한 배터리 관리 시스탭입니다.
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배터리 상태 모니터링
각 셀의 전압, 온도, 내부 저항 등을 실시간으로 측정 배터리의 건강상태를 파악합니다.셀 불균형을 감지하여 셀 벨런싱 작업을 수행하여 모든 셀들이 비슷한 전압 상태를 유지하도록 합니다.
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충방전 관리
배터리가 과충전 및 과방전이 되는 것을 방지하여 배터리 수명을 연장합니다.
충전속도를 조절하여 배터리에 부담을 줄이고, 최적의 충전조건을 유지합니다.
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안전 관리
과전류, 단락, 과열 등의 이상 상황을 감지, 필요한 경우 시스템을 보호하기 위한 조치를 합니다.
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잔여 용량 계산
배터리에 남아있는 에너지를 계산하여 주행거리를 예측하고, 운전자에 정보를 제공합니다.
셀 밸런싱을 위해 100% 충전이 필요할까?
- BMS는 충전중에 배터리 상태를 모니터해서 스스로 밸런싱 작업을 수행하기 때문에 일부러 100% 충전까지 기다릴 필요가 없습니다.
- 배터리 100% 완충하게 되면 과충전으로 배터리에 스트레스가 가해져 오히려 배터리에 위험성을 증가시킬 수 있습니다. 하지만 배터리에도 안전마진을 계산하여 만들기 때문에 100% 충전에 대한 안전성이 보장된다고 하지만 그래도 100% 완충이 주는 부담감에서 아직 완전히 해결되었다고 볼 수는 없습니다.
- 충방전이 자주 일어나게 되면 BMS에 의해 자연스럽게 셀 밸런싱이 일어나는 점 알아두세요
완전방전과 완전충전 습관보다 20~80%사이에 충전하는 습관을 들이는 게 좋습니다.
셀 밸런싱 주기에 영향을 미치는 요소
- 리튬 이온 배터리의 경우 다른 배터리 유형보다 셀 밸런싱이 더 자주 필요할 수 있습니다.
- 고온 또는 저온 환경에서 사용되는 배터리는 셀 불균형이 더 빠르게 발생할 수 있습니다.
- 충방전 횟수가 많을수록 셀 불균형이 발생할 가능성이 높아집니다.
- BMS의 성능이 우수할수록 셀 밸런싱을 더 자주 수행하여 배터리 상태를 최적화할 수 있습니다.
셀 밸런싱은 배터리의 성능과 수명 그리고 안전을 위한 필수정인 과정으로 셀의
전압차를 유지하기 위해 일부러 100% 충전을 고려하지 말고 BNS에 의한 셀 밸런싱을
믿고 안전한 운행 습관을 유지하는 게 중요합니다.
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