리튬 폴리머 밧테리 상식

최고관리자
2023-04-24 08:56
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본문
(질문1) 리튬폴리머를 낱셀 충전하라고 하던데 꼭 그래야 합니까?
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리튬폴리머는 단셀의 전압이 3.7V 입니다.
7.4V, 11.1V, 14.8V와 같이 직렬 연결한 경우 RC에 사용하는 방전전류가 높기
때문에 마이너스 단자에 인접한 셀에서 우선적으로 방전이 일어납니다.
다시말하면 여러셀이 동시에 똑같은 방전을 하지 않는다는 것입니다.
이것은 회로적으로도 설명이 가능한데, 다른 셀을 거치지 않고 연결된 셀은 바깥쪽의
외부부하에만 의존하지만 내부에 들어가 있는 셀은 다른 리튬폴리머 셀을 거쳐서
전기를 방출하므로 거치는 셀의 부하도 받게 되기 때문입니다.
그러므로 어쩔 수 없이 직렬 연결된 셀은 고방전시 각셀의 방전량이 달라져서 전압의 차이가 생기는 것입니다.
그 상태에서 충전할 경우 방전량의 차이 때문에 셀마다 충전시간의 차이가 발생합니다.
그런데 전체전압을 걸고 동시에 충전에 들어가면 이미 완충전 전압인 4.2V에 도달한 것과
아직 도달하지 못하여 4.1V정도에 도달한 셀이 생기고 이때 전체전압은 아직 미충전상태가
되므로 4.2V에 도달한 셀의 과충전이 발생하게 됩니다.
전체 전압을 걸고 완충전상태에 도달하였을 때는 과충전(4.2V초과) 셀과 미충전(4.2V 미만)셀이
조합하여 표면상으로만 완충전으로 인지되게 되는 것입니다.
이렇게 하여 발생하는 문제점은,
첫째 과충전셀은 쉽게 망가지고,
둘째 미충전셀이 발생함에 따라 충전/방전용량이 줄어들게 되며,
셋째 과충전셀의 내부 부하 상승으로 방전율이 저하하게 됩니다.
이러한 현상은 횟수를 거듭할 수록 심해지게 되는데, 반복할 경우 과충전 셀의 용량저하로
그 다음 충전시에는 더 빨리 과충전 셀이 완충상태에 도달하게 되고 더 많이 과충전되게 되며
그에 비해 미충전 셀은 더 낮은 전압을 띄게 됩니다.
몇번 연속하여 진행을 거듭하게 되면 무리를 하게 된 과충전셀은 가스가 발생하여 부풀게 되고
이제 배터리로써의 역할을 접어야 하는 단계에 들어갑니다.
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(질문2) 그럼, 셀가이드를 사용하면 괜찮은가요?
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원래 리튬폴리머는 PCM(Protect Circuit Module)을 사용하여 충방전하여야 합니다.
모든 리튬폴리머에 PCM이 붙어 있으나 유독 RC용 리폴에만 PCM을 부착하지 않습니다.
그 이유는 PCM이 고방전을 막기 때문입니다.
그래서 충전시에만 PCM을 사용하는데 이것이 셀가이드입니다.
셀가이드(PCM 가이드)를 사용하면 단셀(각셀)충전을 동시에 하는 것과 같은 효과를 나타냅니다.
일단 한셀 한셀 충전하면 시간이 오래 걸리지만 셀가이드를 사용하면 동시에 이루어 지므로 시간을 절약할 수 있지요.
셀가이드를 사용하면 과충전은 막을 수 있지만 한가지 문제점이 있는데, 시중에 나와 있는 셀가이드중에는 충전 중인
셀 중에 한 셀이 완충전 상태에 이르면 충전을 스톱시키는 것이 있습니다.
이것은 과충전을 막아 리튬폴리머의 고장을 막을 수는 있지만 먼저 완충상태에 도달한 셀을 제외하고는
모두 미충전샹태에서 충전이 종료된다는 단점이 있습니다.
고장을 방지하면서 성능저하를 감수하는 꼴이되는 것이지요.
제 성능을 내면서 수명을 단축시키지 않는 충전방법은 여전히 각셀 충전방법입니다.
다만 모든 셀을 골고루 완전충전시켜 주는 셀가이드는 제외합니다.
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(질문3) 방전율이 15C라고 표시되어 있는데 실제 15C가 나오지 않는 이유는 무엇입니까?
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제조사에서 15C라 표시하는 것은 한 셀의 연속 방전율을 뜻합니다.
한 셀을 표준상태(상온/상습)에서 외부에 부하를 걸어 연속방전가능한 전류를 측정하고 이를 총방전용량으로 나누어서 계산한 것입니다.
이 때 전압의 강하 속도가 저방전율 때 보다 빠릅니다.
예를들어 2000mAh(15C)의 셀은 2000mAh를 방전할때 30A의 전류를 낼수 있다는 뜻인 것입니다.
그러나 2000mAh의 셀에 1500mAh를 충전하여 놓으면 30A의 방전전류를 기대하기 어렵습니다.
두번째로 직렬 연결한 팩을 예로들면 두개를 직렬연결하여 7.4V를 만들었을때 연결된 셀이 부하로 작용하므로
실제 15C방전율의 셀로 구성되어 있다고 하지만 15C보다 조금 못 미치게 나오는 것입니다.
대개 14C~15C 사이에서 방전이 됩니다.
이것을 좀 더 많이 직렬로 연결하면 그 방전율은 조금씩 더 하락하게 됩니다.
이것을 효율저하라고 합니다.
방전효율의 저하는 직렬연결 뿐아니라 여러가지 환경의 영향을 받습니다.
예를들어 온도, 습도, 연결전선의 저항성분, 콘넥터의 접촉저항 등등이 해당 되겠지요.
이제까지 설명드린 것은 이론적인 부분이고 그보다 실제 더 많이 발생하는 방전율 저하는
셀의 과방전이나 과충전, 과전류충전과 같은 스트레스에 의하여 셀 내에 상승하는
내부부하에 의한 방전율 저하입니다. 이것은 15C가 14.xx C와 같은 효율저하의 정도를
넘어서서 10C~12C이하로 떨어지고 수명에 악영향을 초래합니다.
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(질문4) 연속방전율과 순간방전율과 차이점은 무엇입니까?
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일반적으로 말하는 10C, 12C, 15C... 하는 것은 연속방전율을 뜻합니다.
실제 배터리를 사용하다 보면 비행기의 순간전류가 40A가까이 올라가는데, 이것은 짧은 시간 배터리에서
순간전류가 높게 방전하기 때문이며 콘덴서를 달면 배터리에 무리를 주지 않으면서 높은 순간방전을 기대할 수 있습니다.
순간방전율이라는 것은 10초 이내의 짧은 시간에 뽑아낼 수 있는 최대 전류치 입니다만, 각셀의
순간최대전류를 측정하기가 어렵고 배터리 셀에 무리가 가서 수명을 단축시키므로 메이커에서는 표시하지 않습니다.
연속방전율은 최대로 방전시킬수 있는 전류치를 전체용량으로 나눈 것입니다.
그러나 연속방전을 할 경우 방전용량이 감소하는 것을 알 수 있습니다.
예를들어 2000mAh라고 하면 표준상태에서 0.5C(즉 1A)로 2시간 방전시킬 수 있다는 의미입니다.
계산상으로는 10A(5C)로 방전 할 경우 12분이 걸려야 하지만 실제 시간이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다.
마찬가지로 20A로 방전할 경우에는 6분동안 방전해야 하지만 5분밖에 사용을 못하지요.
다시 말하면 방전율이 높아지면 사용시간이 줄어든다(즉 방전용량의 감소가 일어난다)는 사실을 아셔야 합니다.
이론상으로만 계산해서 비행하다보면 과방전을 초래할 수도 있기 때문입니다.
그래서 고수들이 '80%만 사용하고 비행기를 내려라!'하고 충고하는지도 모릅니다.
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(질문5) 용량을 키우고 싶은데 두개의 팩을 병렬 연결하여 사용해도 될까요?
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간단히 답변드리면 이론적으로 문제 없습니다.
원래 리튬배터리 한셀의 내부를 보면 여러층의 전극이 적층되어 있습니다.
바로 한 셀을 기준으로 보더라도 병렬연결되어 있다는 얘기가 되지요.
그러나 병렬연결에는 전제조건이 있습니다. 우선 병렬연결된 셀들의 용량과 내부저항이 같아야 한다는 것입니다.
용량이 다른 셀을 병렬 연결하면 동일하게 전류를 뽑을 수가 없으므로 한쪽에 치우침이 발생하게 되고 이는 배터리에 무리를 주게 됩니다.
20A를 두개가 나란히 10A씩 내놓는 그림은 그림 상으로만 가능하니까요. 종이를 꺼내 놓고 회로도를 그려 보세요.
병렬연결은 외부에서 부하를 끊더라도 내부에서 두 셀이 연결되어 있습니다.
이는 서로 충방전이 가능하다는 것입니다.
아무런 보호저항 없이 서로 충방전하는 경우 과전류충전이 일어난다는 것이고 이것은 셀 내부의 화학반응을 촉발하여 온도가 상승하게 됩니다.
그러므로 반드시 같은 용량의 셀을 병렬 연결하여 주시기 바라며 절대 완전방전하는 사태가 벌어지지 않도록 관리하셔야 합니다.
두번째로 내부저항이 같아야 한다는 전제조건이 있습니다.
이것은 같은 회사의 동일한 방전율 제품의 경우 내부저항이 거의 비슷하므로 문제 될 것이 없지만
전혀 다른 제품을 연결하는 것은 피하여 주시기 바랍니다.
앞의 내용보다 훨씬 복잡한 문제이므로 자세한 설명은 오히려 혼란을 줄 수 있으므로 이론적 설명은 피하겠습니다.
다만 저항값이 다른 저항을 병렬 연결하면 전류값이 오옴의 법칙에 의하여 차이가 반비례하여 나타남을 아실 것입니다.
리튬배터리에서 고려하여야 할 사항은 발열입니다.
발열은 전류에 의해 발생합니다. 그것은 배터리 폭발로 이어질 수 있습니다.
처음에는 문제없다고 하였다가 전제조건을 말하면서 절대 하지 말라는 식이 되어 버렸네요. ㅎㅎ
알고 하면 별문제 없는데, 모르고 하면 시한폭탄이라는 말인거죠.
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(질문6) 리튬폴리머배터리 사용시 가장 중요한 사항은 무엇입니까?
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과방전시키지 마시고 과충전시키지 마세요.
과방전 방지는 고수분들의 말처럼 1분 덜 날리고 내리는 것입니다.
셀당 전압이 3V이하로 내려가지 않게 하는 것인데, 직렬 연결한 팩의 경우 전체전압이 아니라 각셀의 개별전압이
3V이하로 내려가지 않도록 하여야 하므로 더욱 주의를 요합니다.
예를들어 11.1V의 팩인경우 9V이하로 내려가지 않게 관리하더라도 2.8+3.2+3.2=9.2V이므로 한셀이 3V이하(2.8V)일 수 있습니다.
과충전 방지는 리튬폴리머 전용충전기로 각셀 충전하는 것입니다.
지금까지 설명에서 충전기에 대한 언급을 하지 않았는데, 이것은 기본적인 사항이라 생각하였기 때문입니다.
그리고 충전시에는 1C이하(한 셀의 용량 이하)의 전류로 충전하시기 바랍니다.
[자료 출처 / rcsky]
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리튬폴리머는 단셀의 전압이 3.7V 입니다.
7.4V, 11.1V, 14.8V와 같이 직렬 연결한 경우 RC에 사용하는 방전전류가 높기
때문에 마이너스 단자에 인접한 셀에서 우선적으로 방전이 일어납니다.
다시말하면 여러셀이 동시에 똑같은 방전을 하지 않는다는 것입니다.
이것은 회로적으로도 설명이 가능한데, 다른 셀을 거치지 않고 연결된 셀은 바깥쪽의
외부부하에만 의존하지만 내부에 들어가 있는 셀은 다른 리튬폴리머 셀을 거쳐서
전기를 방출하므로 거치는 셀의 부하도 받게 되기 때문입니다.
그러므로 어쩔 수 없이 직렬 연결된 셀은 고방전시 각셀의 방전량이 달라져서 전압의 차이가 생기는 것입니다.
그 상태에서 충전할 경우 방전량의 차이 때문에 셀마다 충전시간의 차이가 발생합니다.
그런데 전체전압을 걸고 동시에 충전에 들어가면 이미 완충전 전압인 4.2V에 도달한 것과
아직 도달하지 못하여 4.1V정도에 도달한 셀이 생기고 이때 전체전압은 아직 미충전상태가
되므로 4.2V에 도달한 셀의 과충전이 발생하게 됩니다.
전체 전압을 걸고 완충전상태에 도달하였을 때는 과충전(4.2V초과) 셀과 미충전(4.2V 미만)셀이
조합하여 표면상으로만 완충전으로 인지되게 되는 것입니다.
이렇게 하여 발생하는 문제점은,
첫째 과충전셀은 쉽게 망가지고,
둘째 미충전셀이 발생함에 따라 충전/방전용량이 줄어들게 되며,
셋째 과충전셀의 내부 부하 상승으로 방전율이 저하하게 됩니다.
이러한 현상은 횟수를 거듭할 수록 심해지게 되는데, 반복할 경우 과충전 셀의 용량저하로
그 다음 충전시에는 더 빨리 과충전 셀이 완충상태에 도달하게 되고 더 많이 과충전되게 되며
그에 비해 미충전 셀은 더 낮은 전압을 띄게 됩니다.
몇번 연속하여 진행을 거듭하게 되면 무리를 하게 된 과충전셀은 가스가 발생하여 부풀게 되고
이제 배터리로써의 역할을 접어야 하는 단계에 들어갑니다.
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(질문2) 그럼, 셀가이드를 사용하면 괜찮은가요?
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원래 리튬폴리머는 PCM(Protect Circuit Module)을 사용하여 충방전하여야 합니다.
모든 리튬폴리머에 PCM이 붙어 있으나 유독 RC용 리폴에만 PCM을 부착하지 않습니다.
그 이유는 PCM이 고방전을 막기 때문입니다.
그래서 충전시에만 PCM을 사용하는데 이것이 셀가이드입니다.
셀가이드(PCM 가이드)를 사용하면 단셀(각셀)충전을 동시에 하는 것과 같은 효과를 나타냅니다.
일단 한셀 한셀 충전하면 시간이 오래 걸리지만 셀가이드를 사용하면 동시에 이루어 지므로 시간을 절약할 수 있지요.
셀가이드를 사용하면 과충전은 막을 수 있지만 한가지 문제점이 있는데, 시중에 나와 있는 셀가이드중에는 충전 중인
셀 중에 한 셀이 완충전 상태에 이르면 충전을 스톱시키는 것이 있습니다.
이것은 과충전을 막아 리튬폴리머의 고장을 막을 수는 있지만 먼저 완충상태에 도달한 셀을 제외하고는
모두 미충전샹태에서 충전이 종료된다는 단점이 있습니다.
고장을 방지하면서 성능저하를 감수하는 꼴이되는 것이지요.
제 성능을 내면서 수명을 단축시키지 않는 충전방법은 여전히 각셀 충전방법입니다.
다만 모든 셀을 골고루 완전충전시켜 주는 셀가이드는 제외합니다.
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(질문3) 방전율이 15C라고 표시되어 있는데 실제 15C가 나오지 않는 이유는 무엇입니까?
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제조사에서 15C라 표시하는 것은 한 셀의 연속 방전율을 뜻합니다.
한 셀을 표준상태(상온/상습)에서 외부에 부하를 걸어 연속방전가능한 전류를 측정하고 이를 총방전용량으로 나누어서 계산한 것입니다.
이 때 전압의 강하 속도가 저방전율 때 보다 빠릅니다.
예를들어 2000mAh(15C)의 셀은 2000mAh를 방전할때 30A의 전류를 낼수 있다는 뜻인 것입니다.
그러나 2000mAh의 셀에 1500mAh를 충전하여 놓으면 30A의 방전전류를 기대하기 어렵습니다.
두번째로 직렬 연결한 팩을 예로들면 두개를 직렬연결하여 7.4V를 만들었을때 연결된 셀이 부하로 작용하므로
실제 15C방전율의 셀로 구성되어 있다고 하지만 15C보다 조금 못 미치게 나오는 것입니다.
대개 14C~15C 사이에서 방전이 됩니다.
이것을 좀 더 많이 직렬로 연결하면 그 방전율은 조금씩 더 하락하게 됩니다.
이것을 효율저하라고 합니다.
방전효율의 저하는 직렬연결 뿐아니라 여러가지 환경의 영향을 받습니다.
예를들어 온도, 습도, 연결전선의 저항성분, 콘넥터의 접촉저항 등등이 해당 되겠지요.
이제까지 설명드린 것은 이론적인 부분이고 그보다 실제 더 많이 발생하는 방전율 저하는
셀의 과방전이나 과충전, 과전류충전과 같은 스트레스에 의하여 셀 내에 상승하는
내부부하에 의한 방전율 저하입니다. 이것은 15C가 14.xx C와 같은 효율저하의 정도를
넘어서서 10C~12C이하로 떨어지고 수명에 악영향을 초래합니다.
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(질문4) 연속방전율과 순간방전율과 차이점은 무엇입니까?
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일반적으로 말하는 10C, 12C, 15C... 하는 것은 연속방전율을 뜻합니다.
실제 배터리를 사용하다 보면 비행기의 순간전류가 40A가까이 올라가는데, 이것은 짧은 시간 배터리에서
순간전류가 높게 방전하기 때문이며 콘덴서를 달면 배터리에 무리를 주지 않으면서 높은 순간방전을 기대할 수 있습니다.
순간방전율이라는 것은 10초 이내의 짧은 시간에 뽑아낼 수 있는 최대 전류치 입니다만, 각셀의
순간최대전류를 측정하기가 어렵고 배터리 셀에 무리가 가서 수명을 단축시키므로 메이커에서는 표시하지 않습니다.
연속방전율은 최대로 방전시킬수 있는 전류치를 전체용량으로 나눈 것입니다.
그러나 연속방전을 할 경우 방전용량이 감소하는 것을 알 수 있습니다.
예를들어 2000mAh라고 하면 표준상태에서 0.5C(즉 1A)로 2시간 방전시킬 수 있다는 의미입니다.
계산상으로는 10A(5C)로 방전 할 경우 12분이 걸려야 하지만 실제 시간이 줄어드는 것을 볼 수 있습니다.
마찬가지로 20A로 방전할 경우에는 6분동안 방전해야 하지만 5분밖에 사용을 못하지요.
다시 말하면 방전율이 높아지면 사용시간이 줄어든다(즉 방전용량의 감소가 일어난다)는 사실을 아셔야 합니다.
이론상으로만 계산해서 비행하다보면 과방전을 초래할 수도 있기 때문입니다.
그래서 고수들이 '80%만 사용하고 비행기를 내려라!'하고 충고하는지도 모릅니다.
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(질문5) 용량을 키우고 싶은데 두개의 팩을 병렬 연결하여 사용해도 될까요?
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간단히 답변드리면 이론적으로 문제 없습니다.
원래 리튬배터리 한셀의 내부를 보면 여러층의 전극이 적층되어 있습니다.
바로 한 셀을 기준으로 보더라도 병렬연결되어 있다는 얘기가 되지요.
그러나 병렬연결에는 전제조건이 있습니다. 우선 병렬연결된 셀들의 용량과 내부저항이 같아야 한다는 것입니다.
용량이 다른 셀을 병렬 연결하면 동일하게 전류를 뽑을 수가 없으므로 한쪽에 치우침이 발생하게 되고 이는 배터리에 무리를 주게 됩니다.
20A를 두개가 나란히 10A씩 내놓는 그림은 그림 상으로만 가능하니까요. 종이를 꺼내 놓고 회로도를 그려 보세요.
병렬연결은 외부에서 부하를 끊더라도 내부에서 두 셀이 연결되어 있습니다.
이는 서로 충방전이 가능하다는 것입니다.
아무런 보호저항 없이 서로 충방전하는 경우 과전류충전이 일어난다는 것이고 이것은 셀 내부의 화학반응을 촉발하여 온도가 상승하게 됩니다.
그러므로 반드시 같은 용량의 셀을 병렬 연결하여 주시기 바라며 절대 완전방전하는 사태가 벌어지지 않도록 관리하셔야 합니다.
두번째로 내부저항이 같아야 한다는 전제조건이 있습니다.
이것은 같은 회사의 동일한 방전율 제품의 경우 내부저항이 거의 비슷하므로 문제 될 것이 없지만
전혀 다른 제품을 연결하는 것은 피하여 주시기 바랍니다.
앞의 내용보다 훨씬 복잡한 문제이므로 자세한 설명은 오히려 혼란을 줄 수 있으므로 이론적 설명은 피하겠습니다.
다만 저항값이 다른 저항을 병렬 연결하면 전류값이 오옴의 법칙에 의하여 차이가 반비례하여 나타남을 아실 것입니다.
리튬배터리에서 고려하여야 할 사항은 발열입니다.
발열은 전류에 의해 발생합니다. 그것은 배터리 폭발로 이어질 수 있습니다.
처음에는 문제없다고 하였다가 전제조건을 말하면서 절대 하지 말라는 식이 되어 버렸네요. ㅎㅎ
알고 하면 별문제 없는데, 모르고 하면 시한폭탄이라는 말인거죠.
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(질문6) 리튬폴리머배터리 사용시 가장 중요한 사항은 무엇입니까?
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과방전시키지 마시고 과충전시키지 마세요.
과방전 방지는 고수분들의 말처럼 1분 덜 날리고 내리는 것입니다.
셀당 전압이 3V이하로 내려가지 않게 하는 것인데, 직렬 연결한 팩의 경우 전체전압이 아니라 각셀의 개별전압이
3V이하로 내려가지 않도록 하여야 하므로 더욱 주의를 요합니다.
예를들어 11.1V의 팩인경우 9V이하로 내려가지 않게 관리하더라도 2.8+3.2+3.2=9.2V이므로 한셀이 3V이하(2.8V)일 수 있습니다.
과충전 방지는 리튬폴리머 전용충전기로 각셀 충전하는 것입니다.
지금까지 설명에서 충전기에 대한 언급을 하지 않았는데, 이것은 기본적인 사항이라 생각하였기 때문입니다.
그리고 충전시에는 1C이하(한 셀의 용량 이하)의 전류로 충전하시기 바랍니다.
[자료 출처 / rcsky]
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