리튬 이온 배터리는 휴대용 전자 제품, 의료 장비, 산업용 장치, GPS 추적기, 웨어러블 및 배터리 구동 도구에 널리 사용됩니다. 그러나 배터리의 화학적 성질, 전압, 용량 및 보호 시스템과 일치하는 장비와 설정으로 충전해야 합니다.
올바른 충전 방법은 단순히 전원 공급 장치를 양극 및 음극 단자에 연결하는 문제가 아닙니다. 적합한 충전기는 충전 전압과 전류를 제어하고, 적절한 충전 프로필을 따르고, 배터리가 승인된 한계에 도달하면 충전을 중지하거나 줄여야 합니다.
이 가이드에서는 리튬 이온 배터리를 안전하게 충전하는 방법, 필요한 장비, 충전 프로세스 작동 방식, 충전 프로세스를 중지해야 하는 경고 신호에 대해 설명합니다.
리튬 이온 배터리를 안전하게 충전하려면:
배터리 화학적 성질, 전압, 용량 및 충전 요구 사항을 확인하세요.
특정 리튬 배터리 유형에 맞게 설계된 충전기를 사용하십시오.
충전기 전압이 배터리 구성과 일치하는지 확인하십시오.
충전 전류가 배터리 및 BMS 제한 내에 있는지 확인하십시오.
배터리에 부기, 균열, 누출 또는 기타 손상이 있는지 검사하십시오.
충전기를 올바른 극성과 커넥터에 연결하세요.
충전기가 정전류/정전압 충전 프로필을 따르도록 허용합니다.
배터리에 비정상적인 열, 냄새, 변형 또는 기타 경고 징후가 있는지 모니터링하십시오.
시스템이 자동으로 충전을 관리하지 않는 경우 충전 주기가 완료된 후 배터리를 분리하십시오.
단지 플러그가 배터리에 적합하다는 이유로 규제되지 않은 전원 공급 장치나 호환되지 않는 충전기를 사용하지 마십시오.
안전한 충전 설정에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.
호환되는 리튬 이온 배터리
리튬 배터리 충전기 또는 승인된 충전 회로
적합한 전원
올바른 커넥터
필요한 경우 배터리 관리 시스템 또는 보호 회로
안정적이고 불연성인 충전 장소
충전기는 배터리의 실제 구성과 일치해야 합니다. 단일 리튬 이온 셀용 충전기는 다중 셀 배터리 팩에 적합하지 않을 수 있습니다. 마찬가지로, 하나의 리튬 화학에 대한 충전기는 다른 리튬 화학에 적합하지 않을 수 있습니다.
충전하기 전에 다음을 확인하세요.
배터리 화학
공칭 전압
최대 충전 전압
권장 충전 전류
배터리 용량
셀 개수 및 직렬/병렬 구성
커넥터 극성
BMS 또는 보호 보드 요구 사항
허용 충전 온도
맞춤형 배터리 팩의 경우 이러한 요구 사항은 배터리의 물리적 외관을 통해 추측하기보다는 배터리 사양의 일부로 확인되어야 합니다.
다음과 같은 배터리는 충전하지 마십시오.
부종
균열
펑크
전해질 누출
심한 찌그러짐
화상 자국
손상된 전선
느슨한 단자
이상한 냄새
이상열
물리적으로 손상된 배터리는 외부에서 보이지 않는 내부 문제가 있을 수 있습니다. 부풀어 오른 배터리에 구멍을 뚫거나, 열거나, 압축하거나, 수리하려고 시도하지 마십시오.
배터리 라벨이나 데이터시트는 다음에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.
공칭 전압
최대 충전 전압
용량
권장 충전 전류
셀 구성
극성
모델 번호
보호 요구 사항
공칭 전압을 유일한 충전 기준으로 사용하지 마십시오. 3.7V 리튬 이온 배터리로 설명된 배터리는 승인된 충전 프로필에 따라 더 높은 충전 전압이 필요할 수 있습니다.
충전기는 배터리 화학 및 전압 구성에 맞게 설계되어야 합니다.
확인하다:
충전기 출력 전압
최대 출력 전류
충전 프로필
커넥터 유형
극성
충전 종료 방법
배터리 BMS와의 호환성
물리적으로 호환되는 커넥터는 전기적 호환성을 입증하지 않습니다.
대부분의 충전식 리튬 이온 배터리는 두 가지 주요 단계를 기반으로 하는 충전 프로세스를 사용합니다.
정전류
정전압
정전류 단계에서 충전기는 제어된 전류를 배터리에 공급합니다. 배터리가 충전됨에 따라 배터리 전압은 점차적으로 상승합니다.
이 단계는 일반적으로 대부분의 충전 에너지를 제공합니다. 배터리 전압이 상한에 도달하는 동안 충전 전류는 상대적으로 안정적으로 유지됩니다.
배터리가 지정된 전압 제한에 도달하면 충전기는 해당 수준 근처의 전압을 유지합니다. 배터리가 완전 충전에 가까워질수록 충전 전류는 점차 감소합니다.
그렇기 때문에 충전의 마지막 부분이 첫 번째 부분보다 오래 걸리는 경우가 많습니다.
전류가 충전기의 종료 임계값 아래로 떨어지거나 배터리 관리 시스템이 충전 주기를 중지하면 충전이 종료됩니다.
정확한 전압 및 종료 조건은 다음에 따라 달라집니다.
배터리 화학
셀 디자인
셀 수
충전기 디자인
BMS 설정
제조업체 요구 사항
상세한 CC/CV 충전 과정은 배터리 제조사의 사양을 통해 확인해야 합니다.
단일 리튬 이온 셀을 충전하려면:
셀 화학 및 최대 충전 전압을 확인합니다.
권장 충전 전류를 확인하세요.
해당 셀 유형에 맞게 특별히 설계된 충전기를 사용하십시오.
충전기에 넣기 전에 셀을 검사하십시오.
올바른 극성으로 셀을 설치하십시오.
충전주기를 시작하십시오.
충전기와 셀 상태를 모니터링합니다.
충전기가 정상적인 종료 프로세스를 완료하도록 허용합니다.
충전기가 자동 충전 관리 기능을 제공하지 않는 경우 셀을 제거하십시오.
18650 배터리와 같은 단일 원통형 셀은 올바른 리튬 이온 화학 및 셀 구성에 맞게 설계된 충전기로 충전해야 합니다.
전원 어댑터에 직접 연결된 임시 홀더에 리튬 셀을 넣지 마십시오. 충전기는 전압과 전류를 조절해야 하며 충전 주기를 관리할 수 있어야 합니다.
배터리 팩에는 직렬, 병렬 또는 둘의 조합으로 연결된 여러 셀이 포함될 수 있습니다.
팩을 충전하기 전에 다음을 확인하세요.
총 세포 수
직렬 및 병렬 구성
팩 공칭 전압
최대 팩 충전 전압
권장 충전 전류
BMS 또는 PCM 구성
충전 커넥터
잔액 충전 요구 사항
셀이 직렬로 연결된 팩의 경우 충전기는 총 팩 전압을 지원해야 합니다. 하나의 셀 전압만으로 충전 전압을 선택해서는 안 됩니다.
다중 셀 팩에는 다음이 필요할 수도 있습니다.
개별 셀 모니터링
셀 밸런싱
과충전 보호
과방 전 보호
과전류 보호
온도 감지
팩과 충전기 간의 통신
충전 커넥터에는 전원 및 신호 접점이 모두 포함될 수 있습니다. 모든 핀이 직접 충전용이라고 가정하지 마십시오.
OEM 장비의 경우, 리튬 배터리 팩 솔루션은 충전기, BMS, 커넥터 및 호스트 장치와 함께 지정되어야 합니다.
연결 순서는 충전기와 배터리 설계에 따라 다르지만 다음 사항을 확인하는 것이 중요합니다.
양극과 음극을 확인하세요.
커넥터가 완전히 장착되었는지 확인하십시오.
케이블이 손상되지 않았는지 확인하십시오.
커넥터를 건조하고 깨끗하게 유지하십시오.
전도성 물체가 단자에 닿지 않도록 하십시오.
커넥터를 잘못된 소켓에 강제로 삽입하지 마십시오.
충전 중에 배터리를 안정적으로 유지하십시오.
배터리가 장치 내부에 설치된 경우 장치의 승인된 충전 포트나 충전 시스템을 사용하십시오. 배터리와 시스템이 외부 충전용으로 특별히 설계된 경우가 아니면 장치의 내부 충전 회로를 우회하지 마십시오.
배터리 팩에 별도의 충전 및 방전 커넥터가 있는 경우 각 기능에 맞는 인터페이스를 사용하십시오.
기본 충전 시간 추정치는 다음을 사용하여 계산할 수 있습니다.
이상적인 충전 시간 = 배터리 용량 ¼ 충전 전류
예를 들어, 1,000mA로 충전된 2,000mAh 배터리의 이상적인 충전 시간은 다음과 같습니다.
2,000mAh ¼ 1,000mA = 2시간
실제 충전 시간은 다음과 같은 이유로 더 길어질 수 있습니다.
정전압 단계에서는 전류가 감소합니다.
BMS는 충전 전류를 제한할 수 있습니다.
배터리는 부분 충전 상태에서 충전을 시작할 수 있습니다.
충전기는 온도로 인해 전류를 감소시킬 수 있습니다.
충전 중에는 기기의 전력이 소모될 수 있습니다.
배터리가 노후되었거나 내부 저항이 증가했을 수 있습니다.
부분 충전의 경우 보충해야 할 용량만 계산합니다. 배터리를 30%에서 80%까지 충전하는 것은 0%에서 100%까지 충전하는 것보다 시간이 덜 걸립니다.
따라서 충전 시간은 다음과 함께 설명되어야 합니다.
충전 상태 시작
목표 충전 상태
충전 전류
배터리 용량
충전기 모델
충전 온도
장치 작동 조건
많은 장치는 배터리가 설치된 동안 배터리를 충전하도록 설계되었습니다. 이러한 제품의 장치에는 일반적으로 충전 IC, 보호 시스템 또는 전원 관리 회로가 포함됩니다.
충전 시스템은 다음을 관리할 수 있습니다.
배터리 전압
충전 전류
온도
충전 종료
배터리와 장치 사이의 전력 분배
기기 작동 중 충전
그러나 모든 장치가 동시에 충전과 작동을 지원하는 것은 아닙니다.
충전 중에 장치를 작동하면 다음과 같은 상황이 발생할 수 있습니다.
충전 시간 늘리기
배터리 온도를 높이세요
충전에 사용 가능한 전류를 줄입니다.
추가 전원 관리 요구 사항 생성
배터리의 사용 가능한 런타임에 영향을 줍니다.
OEM 제품의 경우 최종 배터리, 충전기, 기기를 함께 사용하여 충전 테스트를 수행해야 합니다.
전원 공급 장치는 전기 출력을 제공합니다. 배터리 충전기는 충전 프로세스를 관리하도록 설계되었습니다.
적합한 리튬 배터리 충전기는 일반적으로 다음을 제어합니다.
충전 전압
충전 전류
충전 단계
충전 종료
배터리 보호 상호작용
해당되는 경우 온도 반응
일반 전원 공급 장치는 필요한 충전 프로필이나 보호 기능을 제공하지 못할 수 있습니다. 전압이 적절해 보이더라도 배터리를 안전하게 충전하지 못할 수 있습니다.
이는 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다.
베어 셀
다중 셀 팩
통합 충전 전자 장치가 없는 배터리
대용량 배터리 팩
맞춤형 배터리 시스템
별도의 충전 및 방전 인터페이스가 있는 장치
충전기는 어댑터의 출력 라벨뿐만 아니라 전체 배터리 시스템에 따라 선택해야 합니다.
USB 포트는 적절하게 설계된 충전 회로의 전원 역할을 할 수 있지만 USB 포트 자체가 자동으로 리튬 이온 배터리 충전기가 되는 것은 아닙니다.
안전한 USB 충전 시스템에는 다음이 포함될 수 있습니다.
USB 입력
리튬 배터리 충전 IC
전압 조정
전류 제어
충전 종료
보호 회로
올바른 배터리 커넥터
USB 전원과 배터리 충전 회로는 서로 다른 기능을 수행합니다.
노출된 리튬 이온 셀을 USB 케이블에 직접 연결하지 마십시오. USB 출력은 배터리에 필요한 전압 제어, 전류 제어 또는 종료 동작을 제공하지 못할 수 있습니다.
18650 배터리와 함께 USB를 사용하는 것과 관련된 구체적인 질문은 USB 연결이 적절한 18650 충전 모듈을 공급하는지 아니면 셀에 직접 연결되는지에 따라 대답이 달라지기 때문에 별도로 처리해야 합니다.
충전 온도는 배터리 제조업체의 사양을 따라야 합니다.
배터리가 다음과 같은 경우에는 충전을 피하세요.
얼거나 매우 추움
최근 고부하 사용으로 인해 뜨거워짐
직사광선에 노출됨
환기가 잘 안되는 인클로저 내부
발열 부품 근처
온도가 허용 범위를 벗어나면 충전기는 충전 전류를 줄이거나 중단할 수 있습니다.
OEM 장치의 경우 다음을 평가합니다.
일반 충전 온도
최대 충전 온도
최소 충전 온도
충전기에서 발생하는 열
주변 전자제품에서 발생하는 열
인클로저 환기
배터리실 열 조건
충전 온도와 작동 온도가 항상 동일하지는 않습니다. 배터리에는 충전 허용 범위와 방전 허용 범위가 있을 수 있습니다.
다음과 같은 기본 예방 조치를 따르십시오.
호환되는 리튬 배터리 충전기를 사용하십시오.
지정된 충전 전압을 초과하지 마십시오.
권장 충전 전류를 초과하지 마십시오.
연결하기 전에 극성을 확인하십시오.
부풀어 오르거나 손상된 배터리를 충전하지 마십시오.
배터리를 가연성 물질 가까이에 두지 마십시오.
충전 중에는 충전기나 배터리를 덮지 마세요.
충전 장소를 건조하고 환기시키십시오.
배터리가 비정상적으로 뜨거워지면 충전을 중단하세요.
연기, 냄새, 부풀어오르는 소리, 이상한 소리가 나면 충전을 중지하세요.
배터리를 개조하거나 보호 시스템을 우회하지 마십시오.
알 수 없거나 손상된 배터리 충전을 방치하지 마십시오.
리튬 이온 배터리 안전은 시스템 요구 사항으로 처리되어야 합니다. 배터리 셀, BMS, 충전기, 커넥터, 인클로저 및 장치는 모두 최종 충전 동작에 영향을 미칩니다.
OEM 제품의 경우 완성된 배터리 구성을 사용하여 충전을 검증해야 합니다.
검증 프로세스에는 다음이 포함될 수 있습니다.
충전 전압
충전 전류
충전 기간
충전 종료
배터리 전압
팩 극성
배터리 측 전류
BMS 보호 대응
배터리 온도
BMS 온도
커넥터 온도
케이블 온도
충전기 온도
인클로저 내부 온도
기기의 전원이 꺼진 상태에서 충전 중
대기 모드에서 충전 중
정상 작동 중 충전
피크 부하 시 충전
충전 중 기기 시작
충전 후 기기 종료
전체 충전 주기 후 런타임
커넥터 핏
케이블 라우팅
배터리 유지
인클로저 정리
배터리에 가해지는 압력
서비스 및 교체를 위한 액세스
최종 충전 시간은 생산용 배터리, 충전기, 기기를 대상으로 측정해야 합니다. 공칭 용량만을 기준으로 한 실험실 추정치는 실제 현장 성능을 나타내지 않을 수 있습니다.
커넥터 모양은 전압, 극성 또는 충전 프로필 호환성을 확인하지 않습니다.
전원 어댑터가 충전 단계를 제어하지 못하거나 충전을 올바르게 중지하지 못할 수 있습니다.
부기, 구멍, 누출 및 심한 찌그러짐은 내부 손상을 나타낼 수 있습니다. 이러한 배터리는 충전하면 안 됩니다.
화학적 성질과 구성이 다르면 충전 전압과 전류 제한도 다를 수 있습니다.
BMS는 전류를 제한하거나 충전을 중단하거나 특정 신호 연결을 요구할 수 있습니다.
열은 충전 스트레스를 증가시킬 수 있으며 충전기의 전류가 감소하거나 중단될 수 있습니다.
배터리, 장치 또는 BMS는 특히 완전 충전에 가까워지거나 온도가 상승할 때 전류를 감소시킬 수 있습니다.
배터리의 화학적 특성, 전압 및 구성에 맞게 설계된 충전기를 사용하십시오. 극성을 확인하고, 충전하기 전에 배터리를 검사하고 제조업체의 전압, 전류 및 온도 요구 사항을 따르십시오.
반드시 그런 것은 아닙니다. 일반 전원 공급 장치는 필요한 정전류/정전압 충전 프로필 또는 충전 종료 제어 기능을 제공하지 못할 수 있습니다. 승인된 리튬 배터리 충전기 또는 충전 회로를 사용하십시오.
필요한 충전 수준은 애플리케이션에 따라 다릅니다. 최대 작동 시간을 위해서는 완전 충전이 필요할 수 있지만 일부 제품은 열을 관리하거나 배터리 스트레스를 줄이기 위해 더 낮은 목표 수준을 사용합니다. 제품 또는 배터리 사양을 따르십시오.
충전 중에 약간의 온도 상승이 발생할 수 있지만, 비정상적이거나 급격히 증가하는 발열은 경고 신호입니다. 배터리가 지나치게 뜨거워지면 충전을 중지하고 배터리, 충전기 및 연결부를 검사하십시오.
일부 장치는 동시 작동 및 충전을 지원하지만 다른 장치는 지원하지 않습니다. 장치의 충전 회로, 배터리, 전력 수요 및 열 설계가 이 작동 모드를 지원해야 합니다.
필요한 보호 시스템은 셀 구성 및 애플리케이션에 따라 다릅니다. 다중 셀 팩에는 일반적으로 적절한 모니터링과 보호가 필요합니다. 배터리 제조업체는 올바른 보호 아키텍처를 정의해야 합니다.
리튬 이온 배터리를 안전하게 충전하려면 배터리의 화학적 성질, 전압, 전류 및 구성과 일치하는 호환 가능한 리튬 배터리 충전기를 사용하십시오.
충전기는 일반적으로 정전류 및 정전압 단계를 통해 충전 프로세스를 제어해야 하며 배터리가 승인된 한계에 도달하면 충전을 종료하거나 줄여야 합니다.
충전하기 전에 항상 배터리를 검사하고, 극성과 커넥터 호환성을 확인하고, 충전 온도를 조절하고, 배터리에 부기, 누출, 비정상적인 발열 또는 기타 경고 징후가 나타나면 즉시 중지하십시오.
OEM 장치의 경우 완성된 배터리 팩, 충전기 및 장치가 함께 작동하여 충전을 검증해야 합니다.
프로젝트에 맞춤형 용량, 치수, BMS, 커넥터 또는 충전 구성이 필요한 경우 맞춤형 리튬 배터리 솔루션을 위해 ZERNE에 문의하세요.
