충전식 리튬 배터리는 이제 우리가 매일 사용하는 많은 기술에 전력을 공급합니다. 이는 에너지 저장 시스템, 전기 자동차, 전자{1}}자전거, 휴대용 발전소 및 가전제품에 널리 사용됩니다.
그러나 올바른 배터리를 선택하는 것이 항상 간단한 것은 아닙니다. 많은 구매자는 NMC 및 LCO와 같은 표준 리튬{1}}이온 배터리와 LiFePO4 또는 LFP 배터리라고도 알려진 인산철리튬 배터리 간의 차이점을 잘 모릅니다.
사용자는 충전 안전, 배터리 수명, 저장 공간, 충전기 호환성에 대해서도 질문합니다.
Blumoti 팀은 전기화학적 원리, 배터리 관리 시스템 설계 및 실제 엔지니어링 경험을 바탕으로 이 가이드를 준비했습니다. 충전식 리튬 배터리의 작동 방식, 안전하게 충전하는 방법, 수명을 연장하는 방법에 대해 설명합니다.
내용물
1. 주요 충전식 리튬 배터리 화학: Li-Ion 대 LiFePO4
2. 충전식 리튬 배터리의 작동 원리
3. CC/CV 충전 및 BMS 보호
4. 충전식 리튬 배터리 수명을 연장하는 방법
5. 충전 안전 및 충전기 선택
6. 자주 묻는 질문
7. Blumoti 배터리 맞춤화 및 프로젝트 지원
1. 주요 충전식 리튬 배터리 화학: Li-Ion 대 LiFePO4
충전식 리튬 배터리를 선택할 때 배터리 화학은 가장 중요한 요소 중 하나입니다.
가장 일반적인 두 가지 범주는 다음과 같습니다.
- NMC 및 LCO를 포함한 표준 리튬{0}}이온 배터리
- LiFePO4 또는 LFP 배터리라고도 하는 리튬 인산철 배터리
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주요 사양 |
표준 리튬-이온 배터리, 리튬-이온/NMC |
리튬인산철 배터리, LiFePO4 / LFP |
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공칭 셀 전압 |
3.6V–3.7V |
3.2V |
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에너지 밀도 |
높음, 약 150~250Wh/kg |
보통, 약 100~170Wh/kg |
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80% DoD에서의 주기 수명 |
약 500~1,000사이클 |
약 2,000–6,000+주기 |
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일반적인 서비스 수명 |
2~5년 |
10~15년 |
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열폭주 개시 |
약 210도 / 310도 F |
270도 이상 -500도 |
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일반적인 응용 분야 |
스마트폰, 전동공구, 드론 |
태양열 저장 장치, RV, 오프 그리드 시스템- |
에너지 밀도 및 무게
표준 NMC 리튬{0}}이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 가벼운 무게와 컴팩트한 크기가 우선시되는 경우에는 강력한 선택입니다.
일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 휴대용 전자제품
- 드론
- 무선 전동 공구
- 경량 전기 모빌리티 제품
안전성과 긴 수명
LiFePO4 배터리는 더 나은 열 안정성과 더 긴 수명을 제공합니다.
다음과 같은 경우에 적합합니다.
- 태양 에너지 저장
- 주거용 에너지 저장
- RV 및 해양 시스템
- 오프-그리드 전력
- 백업 전원
- 딥사이클 애플리케이션
빈번한 사이클링, 긴 서비스 수명 및 높은 수준의 열 안정성이 필요한 프로젝트의 경우 LiFePO4가 더 실용적인 선택인 경우가 많습니다.
참조:에너지 변환에 관한 IEEE 거래
Blumoti는 광범위한 전압, 용량, 인클로저 및 애플리케이션 요구 사항에 맞는 충전식 리튬 배터리 팩을 개발합니다.
2. 충전식 리튬 배터리의 작동 원리
2.1 리튬-이온 삽입 및 탈{2}}삽입
재충전 가능한 리튬 배터리는 양극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 에너지를 저장하고 방출합니다.
양극은 일반적으로 흑연으로 만들어집니다.
충전 중
리튬 이온은 음극을 떠납니다.
그들은 전해질과 분리막을 통해 이동한 다음 양극의 흑연 구조로 들어갑니다.
전기 에너지는 저장된 화학 에너지로 변환됩니다.
방전 중
리튬 이온은 양극을 떠나 음극으로 돌아갑니다.
동시에 전자는 외부 회로를 통해 흐르며 연결된 부하에 전원을 공급합니다.
이 과정은 가역적이므로 배터리를 여러 번 충전하고 방전할 수 있습니다.
3. CC/CV 충전 및 BMS 보호
적절하게 설계된 리튬 배터리 충전기는 일반적으로 CC/CV 충전 프로필을 사용합니다.
CC/CV는 다음을 의미합니다.
- 정전류
- 정전압
지속적인-현재 단계
정-전류 단계에서 충전기는 고정 전류를 공급합니다.
배터리 전압이 점차 상승합니다.
일반적으로 이 단계에서는 배터리 용량의 약 70~80%가 복원됩니다.
정-전압 단계
배터리가 최대 충전 전압에 도달하면 충전기는 전압을 고정된 수준으로 유지합니다.
일반적인 최대 셀 전압은 다음과 같습니다.
- 많은 표준 리튬-이온 셀의 경우 약 4.2V
- LiFePO4 셀의 경우 약 3.65V
그러면 충전 전류가 점차 감소합니다.
전류가 충전기의 차단 수준(종종 0.02C~0.05C 정도)으로 떨어지면 충전이 종료됩니다.
배터리 관리 시스템(BMS)은 충전식 리튬 배터리 팩의 중요한 부분입니다.
BMS는 배터리를 모니터링하고 안전하지 않은 작동 조건으로부터 배터리를 보호합니다.
참고: IEC 62619 산업용 리튬 배터리 안전 표준.
과충전 보호
BMS는 셀 전압이 안전 한계 이상으로 상승하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
과도한 전압은 발열을 증가시키고 전해질 분해를 일으킬 수 있습니다.
과방전 보호-
BMS는 셀 전압이 최소 안전 수준 아래로 떨어지는 것을 방지합니다.
일부 리튬 셀의 경우 약 2.5V 미만의 심각한 과방전-으로 인해 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.
셀 밸런싱
직렬로 연결된 셀이 항상 동일한 속도로 노화되는 것은 아닙니다.
셀 밸런싱은 개별 셀 간의 전압 및 용량 차이를 줄이는 데 도움이 됩니다.
과열 보호
BMS는 배터리 온도를 모니터링합니다.
온도가 허용 범위를 초과하면 충전 또는 방전이 중단될 수 있습니다.
단락-회로 보호
BMS는 과도한 전류 또는 단락이 감지되면 배터리를 분리할 수 있습니다.
이 보호는 밀리초 내에 응답할 수 있습니다.
4. 리튬이차전지 수명 연장 방법
리튬 배터리 열화는 되돌릴 수 없습니다.
그러나 올바른 충전, 방전 및 보관 방법을 사용하면 용량 손실을 늦추고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.
4.1 20%~80% 상태-의-청구 규칙을 따릅니다.
- 가능하면 배터리를 0%까지 사용하지 마세요.
- 빈번한 심방전은 셀 내부의 기계적, 전기화학적 스트레스를 증가시킵니다.
- 매일 사용하는 경우 배터리를 약 20%~80% 충전 상태로 유지하면 전극 재료에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있습니다.
- 이는 매일 최대 런타임이 필요하지 않은 경우 특히 유용합니다.
참조: 배터리 대학교, BU-808.
실용적인 권장 사항
- 충전 상태가 약 20%~30%로 떨어지면 배터리를 충전하십시오.
- 일상적인 사용의 경우 장비에서 충전 한도 조정이 허용되면 약 80%~90%에서 충전을 중지하세요.
- 최대 작동 시간이 필요한 경우에는 100% 완전 충전이 여전히 유용합니다.
- 그러나 리튬 배터리를 장기간 완전 충전 상태로 유지하면 노화가 가속화될 수 있습니다.
4.2 충전 속도 제어
청구율은 C-요율로 표현되는 경우가 많습니다.
예를 들어:
- 100Ah 배터리의 0.5C 충전 속도는 50A와 같습니다.
- 100Ah 배터리의 0.25C 충전 속도는 25A와 같습니다.
많은 애플리케이션에서 0.25C~0.5C 사이의 충전 속도는 충전 속도, 발열, 배터리 수명 간의 실질적인 균형을 제공합니다.
고속 충전 비용
- 1C 이상에서 충전하면 충전 시간이 단축될 수 있습니다.
- 그러나 전류가 높을수록 내부 열도 더 많이 발생합니다.
- 부적합한 조건에서 과도한 충전으로 인해 리튬 도금 위험이 증가하고 배터리 성능 저하가 가속화될 수 있습니다.
- 올바른 충전 전류는 셀 사양, BMS 등급 및 배터리 제조업체의 지침을 따라야 합니다.
4.3 영하로 충전하지 마십시오.
0도(화씨 32도) 이하에서 리튬 배터리를 충전하면 리튬 도금이 발생할 수 있습니다.
이는 LiFePO4 배터리에 특히 중요합니다.
저온에서는 리튬 이온이 흑연 양극으로 효율적으로 이동하지 못할 수 있습니다.
대신, 금속 리튬이 양극 표면에 형성될 수 있습니다.
이로 인해 다음이 발생할 수 있습니다.
- 영구 용량 손실
- 더 높은 내부 저항
- 사이클 수명 감소
- 내부 단락-회로 위험
참조:전기화학학회지
추운 날씨에 사용하는 경우 -저온 충전 보호 기능이 있는 배터리나 자체 가열 시스템이 통합된-배터리를 사용하세요.
Blumoti는 저온 프로젝트를 위한{0}}자체 가열 리튬 배터리 솔루션을 개발할 수 있습니다.{1}}
4.4 장기-보관 지침
충전식 리튬 배터리를 3개월 이상 보관할 경우 다음 기본 관행을 따르십시오.
- 배터리를 약 40%~60% 충전 상태로 보관하세요.
- 건조하고 서늘한 곳에 보관하세요
- 권장 보관 온도: 5~20도 또는 41~68°F
- 외부 부하 및 케이블 분리
- 대기 전류로 인해 배터리가 천천히 방전되는 것을 방지
- 3~6개월마다 배터리를 확인하세요.
- 전압이나 충전상태가 너무 낮아지면 재충전하세요.
직사광선이 닿는 곳, 열원 근처, 습도가 높은 곳에 리튬 배터리를 보관하지 마십시오.
5. 충전 안전 및 충전기 선택
5.1 리튬 배터리에 납{1}}충전기를 사용할 수 있나요?
리튬 배터리용 표준 밀봉형 납산 배터리 충전기를 사용하는 것은 일반적으로 권장되지 않습니다.
충전 프로필이 다릅니다.
AGM, GEL 또는 만액형 납산 배터리에 적합한 충전기는 리튬-이온 또는 LiFePO4 배터리에는 적합하지 않을 수 있습니다.
탈황 모드
일부 납{0}}충전기는 탈황 또는 수리 모드를 사용합니다.
이 모드는 고{0}전압 펄스를 생성할 수 있으며 때로는 공칭 12V 시스템에서 16V~20V 이상에 도달합니다.
이러한 전압 펄스는 리튬 배터리 BMS를 트리거하거나 내부 전자 부품을 손상시킬 수 있습니다.
플로트 충전
납{0}}배터리는 완전 충전 후 부동 전압으로 유지되는 경우가 많습니다.
리튬 배터리는 일반적으로 동일한 방식으로 지속적인 부동 충전이 필요하지 않습니다.
리튬 배터리를 장기간 고전압으로 유지하면 전기화학적 스트레스가 증가하고 노화가 가속화될 수 있습니다.
전용 리튬 배터리 충전기는 올바른 CC/CV 프로필과 올바른 최종 충전 전압을 사용해야 합니다.
참조: 고정식 및 동력 보조 전원 배터리에 대한 UL 1973 지침.
5.2 8가지 리튬 배터리 충전 안전 규칙
1. 올바른 충전기를 사용하세요
배터리 화학에 맞게 설계된 충전기를 사용하십시오.
표준 리튬-이온 배터리와 LiFePO4 배터리에는 서로 다른 충전 전압이 필요할 수 있습니다.
2. 무인 충전 방지
감독 없이 손상되었거나 검증되지 않았거나 규정을 준수하지 않는 배터리 충전을 방치하지 마십시오.
적절한 경우 충전 구역 근처에 제대로 작동하는 연기 경보기를 두십시오.
3. 안전한 장소에서 충전하세요
안정적이고 내열성이 있는-표면에 배터리를 놓습니다.
종이, 직물, 연료 및 기타 가연성 물질로부터 멀리 보관하십시오.
적절한 환기를 제공하십시오.
4. 배터리 온도 모니터링
약간의 온도 상승은 정상일 수 있습니다.
배터리가 비정상적으로 뜨거워지면 즉시 충전을 중단하십시오.
5. 배터리를 정기적으로 검사하십시오.
다음 사항이 발견되면 배터리 사용을 중지하세요.
- 부종
- 부푼
- 균열
- 흉한 모습
- 누출
- 이상한 냄새
- 손상된 터미널
- 녹은 배선
자격을 갖춘 서비스 제공업체나 재활용 시설에 문의하세요.
6. 배터리를 건조한 상태로 유지하세요
배터리를 물, 응결, 부식 및 과도한 습기로부터 보호하십시오.
단자를 깨끗하고 건조하게 유지하십시오.
7. 외부 단락 방지
금속 도구, 케이블 또는 전도성 물체를 양극 단자와 음극 단자에 연결하지 마십시오.
단자 커버와 적절한 절연체를 사용하십시오.
8. 배터리를 열거나 구멍을 뚫지 마십시오.
리튬 셀이나 배터리 팩을 분해하거나, 부수거나, 구멍을 뚫거나, 구멍을 뚫지 마십시오.
배터리가 방전된 것처럼 보이더라도 내부 구성 요소는 전기적, 화학적으로 활성 상태를 유지할 수 있습니다.
충전식 리튬 배터리에 대해 자주 묻는 질문
Q1: 모든 리튬 배터리는 충전이 가능한가요?
아니요.
리튬 배터리는 크게 두 가지 범주로 분류됩니다.
기본 리튬 배터리는 충전이 불가능합니다. CR2032 리튬 이산화망간 코인 셀이 일반적인 예 중 하나입니다.
보조 리튬 배터리는 충전이 가능합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 리튬-이온 배터리
- 리튬 폴리머 배터리
- LiFePO4 배터리
Q2: 리튬 배터리가 재충전되면 내부에서는 어떤 일이 발생합니까?
충전기는 배터리에 전기 에너지를 공급합니다.
리튬 이온은 음극을 떠나 전해질을 통해 이동하고 양극의 흑연 구조로 들어갑니다.
배터리는 전기 에너지를 화학 에너지로 저장합니다.
Q3: 리튬 배터리는 몇 번이나 충전할 수 있나요?
이는 배터리 화학, 작동 온도, 방전 깊이, 충전 속도 및 셀 품질에 따라 다릅니다.
표준 NMC 리튬{0}}이온 배터리는 약 500~1,000사이클을 제공할 수 있습니다.
고품질-LiFePO4 배터리는 80% 방전 깊이에서 약 2,000~6,000회 이상의 사이클을 제공할 수 있습니다.
제조업체가 명시한 사이클 수명은 항상 테스트 조건과 함께 검토되어야 합니다.
Q4: 충전식 리튬 배터리에는 특수 충전기가 필요합니까?
예.
충전식 리튬 배터리에는 올바른 CC/CV 프로필, 전압 제한 및 충전 전류를 갖춘 충전기가 필요합니다.
잘못된 충전기를 사용하면 충전이 완료되지 않거나 BMS가 종료되거나 과열되거나 배터리가 손상될 수 있습니다.
Q5: 리튬-이온 배터리는 언제 충전해야 합니까?
일상적인 사용의 경우 배터리 충전량이 약 20%~30%에 도달하면 배터리를 충전하십시오.
배터리가 0%가 될 때까지 기다릴 필요가 없습니다.
얕은 충전 및 방전은 배터리 스트레스를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
Q6: 충전식 리튬{1}}이온 배터리는 안전한가요?
충전식 리튬 배터리는 올바르게 설계, 제조, 설치 및 충전되면 안전하게 사용할 수 있습니다.
배터리는 적합한 BMS를 포함해야 하며 해당 응용 분야 및 시장에 필요한 표준을 충족해야 합니다.
일반적인 문서 및 인증에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- UN38.3
- CE
- UL
- IEC 표준
LiFePO4 화학은 일반적으로 많은 기존 리튬-이온 화학보다 더 높은 열 안정성을 제공합니다.
Q7: 충전식 리튬 배터리는 얼마나 오래 지속되나요?
서비스 수명은 화학적 성질과 작동 조건에 따라 달라집니다.
가전제품에 사용되는 리튬 배터리의 수명은 약 2~3년입니다.
RV, 태양광 및 에너지 저장 시스템에 사용되는 LiFePO4 배터리는 적절한 조건에서 10~15년의 수명을 제공할 수 있습니다.
실제 생활은 다음에 따라 달라집니다.
- 온도
- 충전 전압
- 충전 범위-상태-
- 방전 깊이
- 충전 및 방전 전류
- 보관 조건
- 세포 품질
- BMS 구성
Q8: 리튬 배터리와 리튬{1}}이온 배터리의 차이점은 무엇인가요?
"리튬 배터리"는 광범위한 용어입니다.
이는 리튬- 기반 화학 물질을 사용하는 충전식 배터리와 -비충전식 배터리를 모두 의미할 수 있습니다.
리튬-이온 배터리는 양극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 에너지를 저장하는 재충전 가능한 배터리입니다.
기본 리튬 금속 배터리는 일반적으로 충전이 불가능합니다.
Q9: 리튬 배터리를 밤새 충전해 둘 수 있나요?
적절하게 설계된 충전기와 BMS는 배터리가 완전히 충전되면 충전을 중지하거나 제한해야 합니다.
그러나 장기간 배터리 충전을 방치하는 것은 권장되지 않습니다. 특히 충전기, 배터리 상태 또는 설치 품질이 불확실한 경우에는 더욱 그렇습니다.
승인된 장비를 사용하고 제조업체의 지침을 따르십시오.
Q10: 리튬 배터리를 80% 또는 100%까지 충전하는 것이 더 좋습니까?
약 80%~90%까지 충전하면 장기적인-배터리 스트레스를 줄이는 데 도움이 됩니다.
100% 충전하면 최대 런타임이 제공됩니다.
최선의 선택은 배터리를 어떻게 사용하느냐에 따라 달라집니다.
일일 작업의 경우 충전 한도가 80%~90%이면 배터리 수명이 길어질 수 있습니다.
여행, 백업 전원 또는 최대 용량이 필요한 기타 상황의 경우 100%까지 충전하는 것이 적절할 수 있습니다.
Q11: 리튬-이온 배터리는 충전하기 전에 완전히 방전되어야 합니까?
아니요.
리튬-이온 배터리는 기존 니켈-카드뮴 배터리와 동일한 메모리 효과를 갖지 않습니다.
완전 방전은 필요하지 않습니다.
빈번한 완전 방전은 배터리 마모를 증가시킬 수 있습니다.
Q12: 충전식 리튬 배터리는 왜 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니까?
배터리 성능 저하에는 여러 가지 원인이 있습니다.
일반적인 메커니즘은 다음과 같습니다.
- 고체 전해질 간기, 즉 SEI 층의 성장
- 활성 리튬의 손실
- 전극재료의 분해
- 전해질 산화
- 고온-노출
- 리튬 도금
- 사이클링 중 반복되는 기계적 스트레스
사용과 보관 모두 배터리 노화에 영향을 미칩니다.
Q13: 리튬 배터리는 어떻게 폐기하거나 재활용해야 합니까?
리튬 배터리를 일반 가정용 쓰레기통에 버리지 마십시오.
노출된 단자를 절연 테이프로 덮습니다.
배터리를 승인된 배터리 재활용 센터, 전자 제품 재활용 시설 또는 유해 폐기물 수거 장소로 가져가십시오.
현지 재활용 및 운송 규정을 따르십시오.
Q14: 리튬-이온 배터리는 충전 중에 화재가 발생할 수 있나요?
리튬 배터리는 심각한 남용이나 고장 조건에 노출되면 과열되거나 열폭주에 들어갈 수 있습니다.
가능한 원인은 다음과 같습니다.
- 호환되지 않는 충전기
- 내부 단락
- 외부 단락
- 물리적 천공
- 제조 결함
- 심각한 과충전
- 과도한 열
- 물로 인한 피해
- 보호 전자 장치 실패
적절하게 설계된 BMS, 적합한 인클로저, 규격을 준수하는 충전기 및 검증된 안전 인증을 통해 이러한 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
Q15: 충전식 리튬 배터리를 보관하기에 가장 좋은 온도는 얼마입니까?
일반적으로 5~20도, 즉 41~68도의 보관 온도가 적합합니다.
배터리를 30도 이상에서 장기간 보관하지 마십시오.
고온은 달력 노화를 가속화하고 영구적인 용량 손실을 초래하는 주요 원인 중 하나입니다.
Q16: 충전식 리튬 배터리의 상태가 양호한지 어떻게 테스트할 수 있나요?
멀티미터를 사용하여 개방-회로 전압을 확인할 수 있습니다.
그러나 전압만으로는 배터리 상태를 완벽하게 평가할 수 없습니다.
용량 테스트가 더 유용합니다.
전문 배터리 용량 테스터는 통제된 조건에서 배터리를 방전하고 실제 암페어-시간 또는 와트{1}}시간 용량을 측정할 수 있습니다.
원래 정격 용량의 약 80% 미만을 유지하는 배터리는 일반적인 수명 종료 임계값에 도달한 것으로 간주되는 경우가 많습니다.--
추가 테스트에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 내부저항 측정
- 셀 전압 비교
- BMS 결함-코드 검토
- 충전 및 방전 온도 모니터링
- 부하 테스트
- 절연 테스트
7. 올바른 Blumoti 충전식 리튬 배터리 선택
배터리 화학을 이해하는 것은 안전하고 안정적인 작동을 향한 첫 번째 단계입니다.
배터리 성능과 서비스 수명을 개선하려면:
- 올바른 리튬 배터리 충전기를 사용하세요
- 잦은 심방전을 피하세요
- 배터리를 적당한 충전 범위--상태로 유지하세요.
- 영하에서는 충전을 피하세요
- 고온에 대한 노출을 제한하십시오
- 제조업체의 전류 및 전압 제한을 따르십시오.
- 배터리를 부분 충전하여 보관하세요.
- 적절하게 구성된 BMS 사용
Blumoti는 에너지 저장, 동력, RV, 해양, 백업 전력 및 맞춤형 장비 애플리케이션을 위한 충전식 리튬 배터리 솔루션을 공급합니다.
사용 가능한 프로젝트 옵션은 다음과 같습니다.
- LiFePO4 배터리 팩
- 맞춤형 전압 및 용량
- 맞춤형 배터리 크기
- 스마트 BMS 통합
- CAN 및 RS485 통신
- 블루투스 모니터링
- 저온-온도 보호
- 자체 난방 시스템-
- 맞춤형 인클로저
- OEM 브랜딩
- 프로젝트-특정 커넥터 및 터미널
- UN38.3, CE 및 UL{1}}관련 문서
프로젝트 평가를 위해 다음을 제공하십시오.
- 애플리케이션
- 필요한 전압
- 필요용량
- 연속 전류
- 피크 전류
- 충전 방법
- 작동 온도
- 설치공간
- 통신 프로토콜
- 목적지 시장
- 예상 주문 수량
Blumoti 웹사이트를 방문하세요.www.blumoti-battery.com귀하의 프로젝트에 맞는 맞춤형 충전식 리튬 배터리 솔루션에 대해 논의하십시오.
