18650 배터리 충전 케이스 저전압 죽은 배터리 충전 재생 복구 셀 밸런싱

 

알리에서 몇천원에 구매한 18650 배터리 충전 케이스 활용 저전압 죽은 배터리 충전 재생 복구 저가 셀 밸런싱 회로 기구를 구성할 수 있다

실제로 죽은 줄 알았던 배터리인데 재충전을 하고 셀 밸런싱까지 할 수 있는 용도로 활용이 가능했다

.

전지 팩을 효율적으로 운용하고 관리하는 장치를 BMS(Battery

Management System)라고 한다. 이러한 BMS의 역할은 전지 팩, 셀의 과충전 보호, 과전류 보호, 과방전 보호, 온도에 의한 보호에 전지의 충전용량 계산, Cell Balancing, 외부와 통신을 연결하여 이 모든 사항을 감시할 수 있는 모니터링 기능을 추가하여 구성할 수 있다. 또한 충전과 방전 사이클을 계산하여 전지의 남은 수명 예측도 가능하다. 특히, Cell Balancing은 BMS에서 가장 중요한 기능으로 셀 각각의 충전전압을 비교하며 설정한 충전전압이 아닌 셀들을 강제로 충방전하여 셀 간의 충전전압을 일정하여 유지시켜 전지의 효율과 수명을 극대화할 수 있게 설계한 기술이다

그러나 기존의 BMS는 리튬이온 전지의 충방전과 안정화 작업 반복 과정에서 Balancing 전류를 크게 할 수 없어 Balancing의 시간이 길고, BMS의 내장된 스펙 이상의 전류량을 감당하게 될 경우, 지속된 발열로 장기적으로 부품의 고장 및 소손이 발생하며, 빠르게 대처하지 못할 시 화재의 발생이 우려된다.

개선된 전지 모듈 간 Passive Balancing을 통해 기존의 Balancing 도중 발생하는 고질적인 문제인 발열 문제를 개선하여 안정 성 확보와 Balancing의 속도를 높임으로 과충전, 과방전 발생시 이상전압 상태에서 공칭전압으로 도달하기 위한 시간 지연을 단축시켜 전지의 손상을 최소화하는 회로를 제안하며 실험을 통하여 제안한 회로의 타당성을 입증하고자 한다.

 

배터리 관리 시스템인 BMS(Battery Management System)는 전지의 사용에 있어 매우 중요한 기능이다. 기존에 사용되었던 납축전지에 비해 Li-Co, Li-mn, LiFePO₄ 등의 리튬이온 전지는 과충전, 과방전, 외부의 충격, 전지의 과열 등으로 인하여 폭발의 위험성을 가지고 있으나 BMS를 사용함으로써 전지의 모니터링을 통해 동작 상태를 알 수 있으며, 외부 요인으로부터 전지의 손상을 방지하며, 수명을 연장시킬 수 있다

BMS는 PCM(Protection Circuit Module)과 기본적으로 전지를 보호하는 점은 같지만 PCM과 다르게 복합적인 기능을 탑재할 수 있으며, 전지의 운용을 보다 효율적으로 관리 할 수 있다는 장점이 있다. BMS의 기능을 분류해보면 크게 5가지의 기능으로 나타낼 수 있다. 그림 5는 BMS의 5대 기능을 나타내며 Protection, Performance management, Diagnose, Interface, Auxiliary/application related로 구분이 된다.

리튬이온 전지는 셀, 모듈, 팩, 전지 시스템 등으로 구성할 수 있다. 구성

된 각 셀은 2.5~4.2V의 전압값을 유지하여야 하며, 이 범위를 벗어나게 되면 전지의 손상 및 발열로 인한 화재의 위험을 야기하게 된다. 전지 시스템은 이 외에도 냉각팬을 이용하여 전지를 냉각시키며, 릴레이 등을 통해 설정값 이상의 충방전 전류를 차단할 수 있다. 리튬이온 전지는 과충전과 과방전을 방지하기 위해 20~80%의 SOC값을 유지하여 사용하지만, 전지의 제조방법, 모듈의 위치에 따른 발열과 그것을 해소하기 위한 냉각팬의 효율 등 외부적인 요인으로 인한 전압의 편차가 발생하게 되며 그만큼 전지의 이용률과 수명은 감소하게 된다. 따라서 셀 간의 SOC 편차를 줄이기 위한 여러 가지의 방법들이 계속해서 연구중이다

 

Cell Balancing은 셀 간의 SOC 편차를 줄여주는 기능으로 연결된 전지의 각 셀 전압을 동일하게 맞춰준다. 일반적으로 충전 중일 때 작동하며, 셀 간의 전압이 다를 경우, 전압이 높은 부분만을 방전시켜 전압으로 낮춰줌으로써 다른 셀들과 동일한 전압값을 유지 시키기 위해 직렬로 연결된 전지의 셀전압을 조정하며 병렬로 연결된 셀에서는 Cell Balancing이 없어도 자동으로 각 셀의 전압이 맞춰진다. Cell Balancing은 크게 초과된 전압을 단순히 소모시키는지 또는 초과된 전압을 이용하여 전압의 낮은 쪽의 셀 전압을 채워 주는 것으로 균형을 맞춰주는 것에 구분하여 Passive Balancing과 Active Balancing으로 분류한다