리튬 이온은 아직 완전히 성숙되지 않았으며 여전히 개선되고 있습니다. 용량이 점진적으로 증가하는 동안 수명과 안전성이 눈에 띄게 향상되었습니다. 오늘날 리튬 이온은 대부분의 소비자 장치의 기대치를 충족하지만 EV용 애플리케이션은 이 전원이 받아들여지는 표준이 되기 전에 추가 개발이 필요합니다.
배터리 관리인은 배터리 수명을 연장하는 방법을 선택할 수 있습니다. 각 배터리 시스템은 충전 속도, 방전 깊이, 부하 및 불리한 온도에 대한 노출 측면에서 고유한 요구 사항을 가지고 있습니다. 용량 손실의 원인이 무엇인지, 내부 저항의 상승이 성능에 어떤 영향을 미치는지, 자가 방전의 증가가 무엇을 하는지, 배터리가 얼마나 낮게 방전될 수 있는지 확인하십시오. 배터리 테스트의 기본 사항에 관심이 있을 수도 있습니다.
리튬 이온이 노화되는 원인은 무엇입니까?
리튬 이온 배터리는 양극과 음극 사이의 이온 이동에 작용합니다. 이론적으로 이러한 메커니즘은 영원히 작동해야 하지만 사이클링, 상승된 온도 및 노후화는 시간이 지남에 따라 성능을 저하시킵니다. 제조업체는 보수적인 접근 방식을 취하고 대부분의 소비자 제품에서 리튬 이온의 수명을 300~500회 방전/충전 주기로 지정합니다.
방전의 깊이가 다를 수 있고 주기를 구성하는 기준이 명확하게 정의되어 있지 않기 때문에 카운팅 주기에서 배터리 수명을 평가하는 것은 결정적이지 않습니다. 일부 장치 제조업체에서는 주기 계산 대신 날짜 스탬프로 배터리 교체를 제안하지만 이 방법은 사용량을 고려하지 않습니다. 과도한 사용 또는 불리한 온도 조건으로 인해 할당된 시간 내에 배터리가 고장날 수 있습니다. 그러나 대부분의 팩은 스탬프가 나타내는 것보다 훨씬 오래 지속됩니다.
배터리의 성능은 주요 건강 지표인 용량으로 측정됩니다. 내부 저항과 자체 방전도 역할을 하지만 최신 리튬 이온의 배터리 수명 종료를 예측하는 데에는 그다지 중요하지 않습니다.
11개의 새로운 리튬 이온이 Cadex C7400 배터리 분석기에서 테스트되었습니다. 모든 팩은 88개 용량에서 시작되었습니다.–94%에서 73으로 감소–250회 완전 방전 후 84%. 휴대폰에 사용되는 1500mAh 파우치팩입니다.
배터리는 사용 첫 해 동안 100% 용량을 제공해야 하지만 지정된 용량보다 낮은 경우가 일반적이며 저장 수명이 이러한 손실의 원인이 될 수 있습니다. 또한 제조업체는 배터리를 과대평가하는 경향이 있습니다. 극히 소수의 사용자가 불시 점검을 하고 부족하다고 불평할 것이라는 사실을 알고 있기 때문입니다. 다중 셀 팩에서 요구되는 것처럼 휴대 전화 및 태블릿에서 단일 셀을 일치시킬 필요가 없으므로 훨씬 더 광범위한 성능 수용을 위한 수문이 열립니다. 용량이 낮은 셀은 소비자가 알지 못하는 사이에 균열이 생길 수 있습니다.
많이 사용하면 더 빨리 마모되는 기계 장치와 마찬가지로 DoD(방전 심도)가 배터리의 주기 수를 결정합니다. 방전이 작을수록(낮은 DoD) 배터리가 더 오래 지속됩니다. 가능하면 완전 방전을 피하고 사용 사이에 배터리를 더 자주 충전하십시오. 리튬 이온의 부분 방전은 양호합니다. 메모리가 없으며 배터리 수명을 연장하기 위해 주기적인 완전 방전 주기가 필요하지 않습니다. 예외는 스마트 배터리 또는 지능형 장치의 연료 게이지를 주기적으로 보정하는 것일 수 있습니다..
리튬 이온은 열에 노출되면 스트레스를 받기 때문에 셀을 높은 충전 전압으로 유지해야 합니다. 30 이상의 배터리 주거도C (86도F)는 고온으로 간주되며 대부분의 리튬 이온의 경우 4.10V/셀 이상의 전압은 고전압으로 간주됩니다. 배터리를 고온에 노출하고 오랜 시간 동안 완전히 충전된 상태로 유지하는 것은 자전거를 타는 것보다 더 스트레스가 될 수 있습니다.
대부분의 리튬 이온은 4.20V/셀까지 충전되며 최대 충전 전압이 0.10V/셀 감소할 때마다 사이클 수명이 두 배로 늘어난다고 합니다. 예를 들어, 4.20V/셀로 충전된 리튬 이온 셀은 일반적으로 300V를 제공합니다.–500주기. 4.10V/셀까지만 충전하면 수명을 600까지 연장할 수 있습니다.–1,000 주기; 4.0V/cell은 1,200을 제공해야 합니다.–2,000 및 3.90V/셀은 2,400을 제공해야 합니다.–4,000 사이클.
부정적인 측면에서 피크 충전 전압이 낮을수록 배터리 저장 용량이 줄어듭니다. 간단한 지침으로 충전 전압이 70mV 감소할 때마다 전체 용량이 10% 감소합니다. 다음 충전에 피크 충전 전압을 적용하면 전체 용량이 복원됩니다.
수명 측면에서 최적의 충전 전압은 3.92V/셀입니다. 배터리 전문가들은 이 임계값이 모든 전압 관련 스트레스를 제거한다고 믿습니다. 더 낮아지면 더 이상의 이점을 얻지 못할 수 있지만 다른 증상을 유발할 수 있습니다.
휴대 전화, 노트북, 태블릿 및 디지털 카메라용 충전기는 대부분 리튬 이온을 4.20V/셀로 충전합니다. 이는 소비자가 최적의 런타임을 원하기 때문에 최대 용량을 허용합니다. 반면 산업계는 수명에 더 많은 관심을 갖고 있으며 더 낮은 전압 임계값을 선택할 수 있습니다. 위성과 전기 자동차가 그러한 예입니다.
안전상의 이유로 많은 리튬 이온은 4.20V/셀을 초과할 수 없습니다. (일부 NMC는 예외입니다.) 전압이 높으면 용량이 증가하지만 전압을 초과하면 서비스 수명이 단축되고 안전성이 저하됩니다.
주어진 응용 분야에 가장 적합한 전압 임계값을 선택하는 것 외에도 일반 리튬 이온은 4.20V/셀의 고전압 한도에 오랜 시간 동안 남아 있어서는 안 됩니다. 리튬 이온 충전기는 충전 전류를 차단하고 배터리 전압은 보다 자연스러운 수준으로 되돌아갑니다. 이것은 격렬한 운동 후에 근육을 이완시키는 것과 같습니다..
전체 주기만 지정된 배터리 에너지를 제공합니다. 최신 에너지 셀을 사용하면 약 250Wh/kg이지만 사이클 수명이 저하됩니다. 모두 선형이며, 85-25%의 수명 연장 중간 범위는 에너지를 60%로 줄이고 이는 특정 에너지 밀도를 250Wh/kg에서 150Wh/kg으로 조절하는 것과 같습니다. 휴대폰은 배터리의 에너지를 최대한 활용하는 소비재입니다. EV와 같은 산업용 장치는 일반적으로 충전을 85%로 제한하고 방전을 25% 또는 60% 에너지 사용률로 제한하여 배터리 수명을 연장합니다.
리튬 이온 배터리는 세 가지 다른 SoC 수준으로 충전되며 주기 수명이 모델링됩니다. 충전 범위를 제한하면 배터리 수명이 연장되지만 전달되는 에너지는 감소합니다. 이것은 증가된 무게와 더 높은 초기 비용을 반영합니다.
배터리 제조업체는 종종 배터리 수명 주기를 80 DoD로 지정합니다. 이는 배터리가 정상적인 사용 상태에서 충전하기 전에 약간의 여유를 유지해야 하기 때문에 실용적입니다. DST(동적 스트레스 테스트)의 주기 수는 배터리 유형, 충전 시간, 로딩 프로토콜 및 작동 온도에 따라 다릅니다. 실험실 테스트는 종종 현장에서 달성할 수 없는 수치를 얻습니다.
사용자는 무엇을 할 수 있습니까?
리튬 이온 배터리의 수명은 사이클링만이 아닌 환경 조건에 의해 결정됩니다. 최악의 상황은 고온에서 완전히 충전된 배터리를 유지하는 것입니다. 배터리 팩은 갑자기 죽는 것이 아니라 용량이 줄어들면서 사용 시간이 점차 짧아집니다.
낮은 충전 전압은 배터리 수명을 연장하고 전기 자동차와 위성은 이를 활용합니다. 소비자 장치에 대해서도 유사한 조항을 만들 수 있지만 거의 제공되지 않습니다. 계획된 노후화가 이를 처리합니다.
노트북 배터리는 AC 그리드에 연결될 때 충전 전압을 낮추면 연장될 수 있습니다. 이 기능을 사용자에게 친숙하게 만들려면 장치에 다음 기능이 있어야 합니다."긴 수명" 배터리를 4.05V/셀로 유지하고 약 80%의 SoC를 제공하는 모드입니다. 여행 1시간 전에 사용자가"전체 용량" 4.20V/셀로 충전하는 모드.
질문이 제기됩니다."노트북을 사용하지 않을 때 전력망에서 분리해야 합니까?" 리튬 이온 배터리가 가득 차면 충전이 중단되기 때문에 정상적인 상황에서는 이것이 필요하지 않습니다. 토핑 충전은 배터리 전압이 일정 수준으로 떨어질 때만 적용됩니다. 대부분의 사용자는 AC 전원을 제거하지 않으며 이 방법은 안전합니다.
최신 노트북은 구형 모델보다 발열이 적고 보고된 화재도 적습니다. 침대나 베개에서 공랭식 전기 장치를 작동할 때는 항상 공기 흐름이 막히지 않도록 하십시오. 멋진 노트북은 배터리 수명을 연장하고 내부 구성 요소를 보호합니다. 대부분의 소비자 제품이 가지고 있는 에너지 셀은 1C 이하로 충전해야 합니다. 1시간 이내에 리튬 이온을 완전히 충전한다고 주장하는 소위 초고속 충전기를 피하십시오.