[스크랩] 충전용 배터리의 상식

▣ 니켈카드늄(Cadnica) 전지란?
양극에 니켈산화물, 음극에 카드늄화합물, 전해액에 수산화칼륨 수용액을 주재료로 해 만든 니켈카드늄 축전지입니다.
재충전에 의해 반복사용이 가능하고 손쉽게 쓸수 있는 전지입니다.
니켈카드늄 배터리는 일반 건전지(이산화망간, 알카라인)보다 전력은 작지만 충전이 가능하고 가벼워 초기 노트북에 널리 사용되었습니다. 하지만 완전히 배터리를 소모하지 않은 상태에서 계속해서 충전하게 되면 충전이 시작된 지점을 완전히 소모한 지점으로 잘못 인식하게 되는 메모리 이펙트(기억효과)라는 단점이 있습니다.
쉽게 설명하자면 배터리를 재충전시켰을 때 지 난 번 재충전이 시작된 지점까지만 작동을 하고 멈추게 되는 것입니다. 아직 사용가능한 전력 이 남아있다는 것을 기억하지 못하는 것이죠. 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 풀충전 풀방 전을 수행해야 합니다. 즉, 경고읍이 울린 이후에도 계속 사용하여 뱃터리를 모두 소모해 주어 야 합니다. 또는 한달에 한번 정도는 최대한 방전을 시키고 충전을 해야 하는 노력이 필요하기 도 하지요.
또다른 단점은, 니켈카드늄의 경우 충전 소모량이 급격하게 떨어지는 약점이 있습니다. 이런 부 분이 노트북에서의 배터리 측정기의 작동을 정확히 나타내지 못하고 사용자를 혼란하게 만드는 원인이 되기도 합니다. 이러한 단점들 때문에 노트북에는 거의 사용하지 않고 대부분 니켈수소나 리튬이온 배터리가 사용되고 있습니다.


▣ 니켈카드늄 축전지 『카드니카』의 특징
㉿ 충전식이므로 몇번 (500회이상)이고 사용 가능합니다.<일반 건전지와 비교해 매우 경제적>
㉿ 큰 전류로 방전시켜도 전압이 그다지 내려가지 않습니다 <파워가 필요한 기기에서는 다른 전지를 압도>
㉿ -20℃~ +60℃의 넓은 온도 범위에서 방전 가능합니다.<특히 저온지역에서 위력을 발휘>
㉿ 오랜시간 방치해둬도 성능이 떨어지지 않습니다. <충전하면 원래대로 돌아옴>
㉿ 과충전,과방전에 강하게 설계되어 있습니다. <내구성이 뛰어남>
㉿ 가스배출구를 갖춘 밀폐방식입니다. <보수가 용이함>
㉿ ISO 9000시리즈에 의해 인증받은 품질관리 시스템하에 제조합니다 <품질,신뢰성 우수>

 

▣ 니켈수소(Twicell) 전지란?
『트와이셀』은 일반용 카드니카전지에 비해 약 2배의 에너지를 가지고 있고 충전,방전이 가능한 2차 전지입니다.
양극에 니켈산화물 · 음극에 수소흡장 합금을 사용합니다.
1990년 10월, 밀폐형 니켈·수소 축전지『트와이셀』로 해서, 세계에 가장 먼저 판매를 개시, 고용량, 고성능, 고품질로 평가 받고 있습니다.
2000년 1월에는 생산누계 10억개를 달성했습니다.
우수한 비용절감 실현과 원통형에서 각형까지 알찬 라인업에 의해 휴대폰, 노트북등 각종 포터블 기기에서 전동공구, 전동차량까지 폭넓게 사용자들의 요구에 응답합니다.

▣ 니켈수소 축전지 『트와이셀』의 특징
㉿ 일반용 카드니카 전지와 비교해 약 2배의 고용량입니다
㉿ 500회 이상의 충·방전이 가능합니다
㉿ 전용충전기를 사용하면, 약 1.2시간의 급속충전이 가능합니다
㉿ 니카드 전지와 방전전압이 거의 같아 호환성이 있습니다
㉿ ISO9001에 의해 인증받은 품질시스템하에 제조하고 있습니다
㉿ 환경 관리프로시스템 ISO14001의 등록공장에서 제조하고 있습니다


▣ 니켈수소 축전지 『트와이셀』의 용도
㉿ 노트북 컴퓨터
㉿ 비디오카메라, 디지탈카메라, 포터블오디오
㉿ 세이버, 전동칫솔
㉿ 전동공구, 전동어시스트자전거
㉿ 각종 백업 용도
㉿ 각종 포터블 기기 등

 

▣ 리튬이온 전지란?
기존에 충전이 않되는 전지를 1차전지라고 하죠.
충전이 가능한 전지는 2차전지라고 부릅니다.
2차전지에는 흔히들 많이 사용되는 것이 니카드전지입니다. Ni-Cd(니카드=니켈카드뮴), Ni-Mh(니켈메탈하이드라이드)전지등은 공통적으로 니켈이 포함됩니다.

이러한 전지는 메모리 효과를 가집니다. 메모리 효과는 다음에 설명하고 리튬이온 전지는 리튬산화물질로 + 극을 만들고, 탄소로 - 극을 만든다고 합니다. 휴대폰을 사용하기 시작하면 + 극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 - 극의 탄소격자속으로 들어 간다고 합니다. 이때, 극판에 손실이 거의 없기 때문에 장수명 특성을 가진다고 합니다.

이전지는 에네르기 밀도가 높고 전압이 3.6V/3.7V로 건전지등과 전압이 다르기 때문에 호환성은 없습니다만 휴대기기등의 분야에서 넓게 사용되고 있는 충전식 전지입니다
전지재료는 양극에 리튬금속산화물, 음극에 탄소재료를 사용하고 있고, 충방전에 의해 리튬이온이 양극과 음극사이를 이동합니다


▣ 리튬이온전지 특징
㉿ 전지전압이 3.6V/3.7V로 고전압이기 때문에 전지의 사용갯수를 줄일수 있습니다
㉿ 고에네르기 밀도인 관계로 휴대기기의 소형화, 경량화가 가능합니다
㉿ 금속리튬을 사용하고 있지 않아, 충방전을 해도 안전성이 뛰어납니다
㉿ 메모리 효과가 일어나지 않기 때문에, 충방전을 자유롭게 할 수 있습니다
㉿ 각형전지의 외장 캔재료에는 알루미늄 합금을 사용해, 경량화를 실현시켰습니다


▣ 리튬이온전지 용도
㉿ 휴대전화, PHS
㉿ 노트북
㉿ MD플레이어
㉿ 각종 포트블기기등
㉿ PDA

 

▣ 이산화망간 리튬전지란?
음극에 리튬금속 또는 리튬합금을 사용한 전지 입니다.
SANYO는 양극에 이산화망간을 사용하고 있습니다.
76년에 1차전지(CR시리즈) 89년에 충방전 가능한 2차전지 시리즈(ML시리즈)를 상품화해, 높은 기술력과 우수한 품질로 시장의 사용자들에게 보답하고 있습니다.


▣ 리튬1차 전지 CR시리즈의 특징
㉿ 고전압(3V), 고 에너지 밀도
㉿ -40℃~+85℃의 광범위한 사용온도 범위(Type에 따라 다름)
㉿ 적은 자가방전 (보온에서 연간 0.5%) - 고용량 원통형 Type
㉿ UL 규격인증
㉿ ISO9001, ISO14001 인증취득


▣ 리튬2차 전지 ML시리즈의 특징
㉿ 높은 동작전압(2.5V)
㉿ -20℃~+60℃의 넓은 사용범위
㉿ 적은 자가방전 (실온에서 연간 2%)
㉿ 우수한 충방전 사이클 특성
㉿ 2.8V로 충전가능
㉿ UL 규격인정품


▣ 이산화망간 리튬전지 용도
㉿ 주전원
-카메라
-전자메타기 (수도, 가스, 전력)
-자동차용 전자키, 긴급통보 시스템 (ITS)

㉿ 메모리백업전원
-휴대전화의 RTC, SDRAM등
-컴퓨터의 SRAM, DRAM등
-팩시밀리의 SRAM, DRAM등
-그밖의 통신기기, OA기기의 SRAM, DRAM등

 

메모리 효과란?
니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타납니다.

여기서 shallow charge-discharge를 반복을 하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고, 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비 가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 됩니다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과라고 합니다.

따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 만충전(100%충전)하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법입니다.

그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 조금쓰고 충전하고 조금쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과(표현이 정확하지 못할지도 몰라요)가 있습니다.

이러한 이유때문에 리튬이온전지가 Ni-계 전지보다 훨씬 비싼데도 더 수요가 늘어나고 사용자가 찾게되는 것 입니다.

 

충전기의 충전 방식
전지가 충전된 후 배터리를 계속 두려면 찝찝하죠. 제대로 된 충전기라면 그냥 두어도 상관없으나 잘못된 충전기라면 문제가 될 수도 있습니다.

리튬이온배터리는 특성상 충전시작때 정전류방식을 사용한다고 합니다. 따라서, 충전전류를 일정하게 계속가해주면서 단자전압을 계속 검사합니다. 단자전압이 4.2 볼트까지 상승하면 이때부터 정전압 회로를 구동하여 4.2볼트로 유지합니다. 그렇게 되면 충전전류가 점점 감소하여 0이 되는 것입니다.

따라서 제대로 된 충전기라면 며칠을 그냥 꼽아 두어도 실제 만충전이후에는 충전되지 않습니다. 그러나, 문제는 4.2볼트를 정확히 측정하지 못하는 충전기인 경우 (특히 비품 충전기) 과충전 또는 부족 충전될 가능성이 있습니다.

또 일부 충전기의 경우 정확히 4.2볼트를 측정할 자신이 없는 경우 4볼트 정도에서 정전압으로 바뀌어 만충전되지 못하는 상황이 벌어지기도 합니다.

특히 과충전의 경우 리튬이온 전지 특성상 급격히 수명이 짧아진다고 합니다. (4.2볼트는 1셀일때고, 2셀 즉, 1셀 2개 직렬연결인 경우 2배가 됨)

 

리튬이온 배터리의 수명
리튬이온은 장수명을 가질 수 있도록 설계되어 있지만 기껏해서 수천회 충방전입니다.
그런데 이것도 무엇으로 리튬이온전지를 만들었나에 따라, 아니면 제작업체의 기술력에 따라 달라집니다.

첫번째의 경우 전지의 활물질 성분에 따라 달라집니다.

[ 활물질 TYPE 1 ]
특징 : 3칸에서 2칸까지는 서서히, 2칸에서 전원OFF까지는 급격한 타입. 주로 소용량 배터리의 경우입니다.
보통 500회 정도 : 소용량을 오래 못 씁니다.

[ 활물질 TYPE 2 ]
특징 : 3칸에서 2칸은 빨리, 2칸에서 전원 OFF 까지는 천천히 타입 : 주로 대용량 배터리입니다.
보통 1000회 : 산요 배터리는 최고의 성능을 자랑합니다.

 

리튬이온 전지 오래 쓰는 법
이 부분이 오류가 가장 많은 부분입니다. 또 전문적인 재료, 화학 지식이 많이 필요한 부분입니다.

하여튼 결론은 되도록 완충/완방을 하지 않고 조금사용하고 충전하고 하는 것이 더 좋다 입니다. 이유는 너무 어려워서 생략하겠습니다.

그런데 보통 전지를 사용하다 보면 용량이 적어진 것을 느낄 수 있습니다. 이때 다시 완충전/방전을 하면 용량이 다시 살아나는 것을 알 수 있습니다. 이것하고 수명을 혼돈하는 것입니다.

즉, 용량과 수명은 선형적인 관계가 아니다라는 것입니다.

용량이 다시 살아나는 이유는 복잡하던데, 하여튼 이온이 흘러가는 통로에서 여러가지 이유로 이온중 여러개가 극판까지 도달하지 못하게 되는 것이 많아지게 되는 것입니다. 이때 완충/완방전을 해주면 다시 잘 흐르게 되는 것 입니다. 이것은 용량 문제이지 수명문제가 아닙니다.

결론적으로 장수의 비결은 "조금만 사용하고 충전하며, 용량이 떨어졌다 판단되면 이때 완충/완방 한번 해주는 것" 입니다.

 

휴대폰을 오래 사용하면 따뜻해지는 이유
리튬이온전지는 다음과 같은 특성을 가집니다.

- 충전지 온도가 내려간다
- 방전시(휴대폰 사용시) 온도가 올라간다

이러한 특성은 일반 전지와는 정반대이며 방전시 6,7도 정도 상승합니다.
따라서, 휴대폰을 오래 사용하게 되면 따뜻해지는 것입니다.

 

배터리를 오래 방치하면 수명이 짧아지나?
참 간단하면서도 어려운 질문입니다. 일반적으로 많은 2차전지의 경우에 오랫동안 사용하지 않고 방치해 두면 전지의 성능이 저하되는 경우를 보게 됩니다. 여러가지 원인이 있을 수 있지만 주로 전지의 자기방전에 의해 과방전되어 전지의 성능저하와 수명단축을 가져오게 될 수도 있습니다.

자기방전율 관점에서만 본다면 문의하신 리튬이온전지는 기존의 휴대기기에 가장 많이 사용되었고, 현재도 저가의 상품들에 사용되고 있는 Ni/Cd나 NiMH, 납축전지들보다는 자기방전율이 매우 낮습니다.
예를들면 NiMH는 15%/월인데 반해 리튬이온전지의 경우 (+.-)전극을 구성하는 활물질에 따라 차이가 납니다만 약 3~5%/월 로서 매우 우수한 장기방치특성을 지니고 있습니다.
따라서 오래 사용하지 않고 방치해 둔다면 위에 언급된 전지들 둥 리튬이온 전지가 가장 영향을 적게 받을 것으로 판단됩니다.

그리고 장기간 사용않고 방치해야만 한다면 방전상태에서 보다는 충전상태에서 보관을 하는 것이 좋습니다. 그래야 몇달이 지나도 과방전되어 전지에 치명적인 손상을 주는 일이 일어날 확율이 낮겠지요.

리튬이온전지가 기존의 Ni/Cd나 NiMH전지에 비해 고가인것은 사용되는 재료가 지구상에서 존재하는 물질의 매장량으로 볼때 희소하기 때문에 비싼 것입니다. 사용되는 전해질도 수용액계가 아닌 고가의 유기전해질과 눈이 튀어나올 만큼 비싼 리튬염(kg당 수십만원정도)을 사용하기 때문입니다.
그런데도 이동통신단말기와 노트북, 캠코더 등 3C산업에서 앞다투어 리튬이온전지를 채용하는 것은 동일한 체적, 무게일때 용량은 니카드의 약 3배, 니켈수소(정확히는 니켈-수소저장합금)의 약1.5~2배에 달하고 전지의 수명또한 대략 2배이상으로 길며, 특히 메모리효과가 없다는 점은 사용자로 하여금 전지의 특성을 잘 모르고 사용하여도 오래 쓸수 있다는 장점이 있습니다.

 

배터리 충전 완료 후 충전기에 두어도 좋은가?
삼성 SCH-400용 전지 및 충전기로 시험을 한 결과
결론은 좋다입니다.

충전기에 녹색불이 들어온 상태에서 일주일이든 열흘이든 올려둬도 전혀 문제가 없다는 것을 확인할 수 있다. 현재 일본과 미국에서 리튬이온전지 충전용 IC가 많이 나오는데 아마도 이중 하나를 사용한 것으로 판단된다.
충전기에 녹색불이 들어오고나서도 한시간 정도는 적으나마 전류가 계속 흐르고 있음. 즉, 녹색불이 막 들어왔을때 충전은 대략 90~95%가 완료된 것으로 판단됨.

 

배터리 충전방법
전압과 전류를 이용하여 충전 합니다.
충전배터리(Ni-cd,Ni-MH : 1.2V, 리튬이온 : 3.6V) 전압보다 높은 전압을 가함으로써,
물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 하는 환경을 만드는 것입니다. 이런 환경에서 전류를
가함으로써 충전지는 충전을 하게 되는 것입니다. 완충전되었는지는 충전지 전압을 Check하여
중단하던가, 충전되는 전류량이 적게 되면 충전을 중단합니다.(비과학적이죠)

고가의 충전기는 자동방식으로 충전이 완료 되면 자동으로 충전차단을 하게 됩니다.
일반적인 충전기(저가)는 충전차단기능이 없습니다. 따라서 충전기 구입시 사용설명서를
보면 자세한 사항이 있어서 초보자라도 쉽게 충전 할수 있습니다.

전압과 전류가 1.2V/1000mAh 충전지를 충전할경우, 배터리제조회사는 다음과 같이
표준 충전을 권고 합니다.
물론 충전할 경우 충전지 자체 발열은 당연합니다. 1000mAh인 충전지는 용량의
1/10로 충전할 경우 배터리는 이상적으로 충전 됩니다. 즉, 매 100mA/h 충전기로
충전할경우 충전지는 완충전 됩니다. 그리고 주위온도가 충전시 영향을 주는데
상온(25도씨)에서는 1.42V 까지 충전이되고, 40도씨 에서는 1.32V 까지 충전됩니다.
저온일경우(0도씨) 1.56V까지 충전됩니다.

물론 이렇게 1.2V 전지를 완벽하게 충전 할려면 겨울에 실외에서 충전하면
가장 좋은 환경 상태가 됩니다.
또한 1.56V 까지 충전할려면 충전기 DC 출력이 1.8V 정도가 되어야 합니다.
충전은 보통 100% 가 완충전인데 충전지를 충전 시험한 결과 120% 충전할경우
최대 충전이 되고 시간이 더지나면 더이상 충전이 되지 않습니다.

1.2V/1000mAh 충전지는 DC 출력 전압이 100mAh인 충전기로 12시간 충전할 경우
가장 이상적인 완충전 배터리가 됩니다.

배터리 충전시간 계산법

충전시간 = 배터리용량 / 충전기 OUTPUT
예> 1.2V 1500mAh 배터리를 1.2V 300mA OUTPUT 충전기로 충전시 시간은?

1500 / 300 = 5시간 (실제로는 10% 더충전 시킬것 충전기의 약간오차 보상)

*특히 수소배터리는 전용충전기를 사용하여야 100% 충전이 가능함.
니카드(Ni-Cd) 충전기에 수소배터리(Ni-MH)를 충전시 70% 정도만 충전이 됨.

 

제 충전기는 소리가 나지 않습니다.


[질문01]
제가 구입한 충전기 사운드 기능이 있는 걸로 알고 있는데 이상하게 소리가 나지 않습니다. 고장인가요?

[답변01]
초기 버전들을 제외한 모든 충전기(사운드 관련 충전기)에 사운드 선택기능을 추가했습니다. 사운드 Off 모드 상태인지 인지 확인해 주십시오.
사운드 on mode : 충전기에 전원을 연결한다. → 배터리를 넣는다.
사운드 off mode : 배터리를 충전기에 넣는다. → 전원을 연결한다.

 

NiCd전지의 올바른 사용법
	동일한 단위전지들을 사용하여야 합니다.
	n즉, 전지는 같이 사용할 단위전지들은 크기, 용량, 종류, 제조회사, 특성 등과 가능하면 제품군의 제조일련번호(lot number)가 같아야 합니다. 가능하면 충전수용성이 같은 전지를 사용해야 합니다. 단위전지들을 팩으로 만들어 사용할 때에는 단위전지 선별과정을 거쳐서 팩을 만들어야 전지 팩의 수명이 오래갑니다. n종종, 일반 전지 판매점에서 전지를 구하여 팩을 만들면 설사 같은 종류의 전지로 만들었다 하더라도 전지의 수명이 짧아지는 것을 경험할 수 있습니다. 선별과정을 거치지 않은 단위전지들을 오래 사용하려면 관리충전하여 사용하여야 합니다. 충전 상태와 방전 상태가 다른 단위전지들을 같이 사용할 때에는 균등화(관리)하여 사용하여야 합니다.
	처음 구매하였거나 장시간 보관한 전지나 단위전지는 관리하여 사용 하여야 합니다.
	n전지나 단위전지들을 처음 구매하면, 장시간 방치로 인하여 전해질의 일부가 굳게 됩니다. n즉, 전해질이 결정화됩니다. 결정화된 단위전지들은 충전수용성이 일정하지 않아, 충전하면 단위전지들의 에너지 충전량이 각각 달라 지게 됩니다. 즉, 불균등 충전이 됩니다. 전지관리 즉 균등화하지 않았거나 메모리를 제거시키지 않은 전지는 충전수용성을 넘어 급속 또는 초급속 충전을 하지 말아야 합니다.
	단위전지들이 직렬로 연결된 상태에서 과도하게 방전시키지 말아야 합니다.
	종종 전지관리 목적으로 직렬로 연결된 단위전지를 단위전지 당 1볼트 이하로 방전시키기도 하는데 이 과정은 필연적으로 전지를 영구적으로 손상 시킵니다.
	과충전을 피해야 합니다.
	n완전충전 감지 장치가 제대로 작동하는 충전기를 사용하여야 합니다.
	과방전 시키지 말아야 합니다.
	n사용말 전압을 낮게 제어하거나 전혀 제어하지 않는 기기에 사용할 때에는 작동하지 않을 때까지 켜두거나 작동시키지 말아야 합니다.
	⊙ 충전용 전지가 망가지는 이유
	n어떤 경우이던 완전충전 상태(fully charged state)를 넘어 계속 충전하거나 또는 단위전지의 전압이 0볼트 이하로 과방전(overdischarge)되도록 하면, 단위전지 내부에 있는 전해질내의 물이 전기분해됩니다. 이 과정은 원래 상태로 되돌아갈 수 없는 비가역적(irreversible) 과정입니다. 즉, 영구적으로 전지가 파괴되는 과정입니다. 전지를 이루는 단위전지들이 불균등해지면 과충전(overcharge)과 과방전 과정이 반복됩니다. n한편 전해질의 물이 전기분해되면서 수소 기체와 산소 기체가 발생합니다. 수소 기체는 일정한 압력에 도달하면, 양극 쪽에 있는 분출구가 열리면서 이곳으로 외부로 배출됩니다. 수소기체가 배출될 때, 단위전지 내부에 있는 전해물(수산화칼륨)이 같이 빠져나오기도 합니다. 이 수산화칼륨은 강알칼리로 공기 중의 이산화탄소와 결합하여 백색 결정체를 형성합니다. 발생한 산소는 우선 음극 극판을 형성하고 있는 금속과 결합하는데 이 화학반응은 발열 반응으로 많은 열이 발생합니다. n따라서 충전이나 방전 동안에 전지가 손을 대어 뜨거울 정도로 열이 나면 일단 전해물의 전기분해로 인하여 만들어진 산소가 반응하는 것으로 추정할 수 있습니다. 반응하지 못한 산소는 수소와 같이 전지 내부에 머무르거나 분출구가 열릴 때 단위전지 외부로 배출됩니다. n결국 전해물 내의 물이 고갈되거나, 음극판이 산소와 결합하여 유효량이 줄어들거나, 전기분해에 의해 만들어진 기체가 빠져나갈 때 전해물을 잃어버려 전지가 못쓰게 되는 것입니다.

 

   출처 :  http://www.ksbattery.com/

출처 : ‥ 실비단안개의 '고향의 봄' ‥

글쓴이 : 실비단안개 원글보기

메모 :