충전식 배터리의 효과적인 사용법 : secondary cell

작년 5월달에
"노트북 배터리 사용법"에 대한 포스트를
작성한적이 있습니다.
지난 포스트의 링크 ☞ 2010/05/25 - [노트북 사기전에/배터리와 기타 유의점] - 노트북 배터리의 효과적인 사용법

이때의 작성내용은
노트북에 촛점을 맞춘 내용이었고...
지금 노트북 뿐만이 아니라 스마트폰과 태블릿PC
등등 많은 휴대용 기기에 사용되는 것이 충전식
배터리입니다.
따라서 충전식 배터리에 촛점을 맞추도록 하겠습니다.
(1년사이에 세상이 참 많이 변한듯합니다. 그때는 노트북이 주류였다면 지금의 떠오르는 해는
 태블릿과 스마폰이겠죠? 노트북은 저물어 가고 있는듯한 느낌이고, 데스크탑은 이미 저물었죠.)

배터리(Battery)의 정의는
전기를 모아 두었다가, 필요할 때마다 끌어다 쓰는
전기 저장소를 말합니다.
충전식 배터리(Rechargeable battery)는
외부전원을 이용해서 충전할 수 있는
2차 전지(secondary cell)를 말합니다.

그중에서도 가장 많이 사용하는 것이 리튬이온 배터리(LIB : Li-Ion Battery)와
리튬이온 폴리머 배터리(LPB : Li-Ion Polymer Battery)입니다.

리튬이온 배터리(LIB)는
높은저장밀도를 가지는 제품이지만, 전해질이 세어나오면 폭발의 위험을 가지고 있습니다.
과거 노트북 배터리 폭발사건 뉴스에 많이 보도 되었죠? 당당히 사회면을 장식했던 주인공이 바로
"리튬이온 배터리"입니다. 기존 니켈 충전지에 비해 3배이상 전압이 높고, 높은 에너지 밀도등이
장점이지만... 조금전에 언급했다싶이 전해질이 흘러나옴에 따라 폭발의 위험성이 있다는 것이
치명적인 단점입니다.

이 단점을 보완한것이 리튬이온 폴리머 배터리(LPB) 인데...
불안정한 액체대신 보다 안정적인 젤또는 고체의 형태즉 폴리머(Polymer) 상태의 전해질을 사용하는 배터리입니다. 기존 리듐이온 배터리의 치명적인 단점인 폭발의 위험성에서는 벗어 났으나,
제조공정이 까다롭고 가격이 비싸다라는 단점이 있습니다.

   비록 사용하시는 배터리가 리튬이온 배터리라도
   리튬계열의 배터리에는 BMS(Battery Management System)라고 과충전, 과방전을
   방지하는 보호 회로가 장착되어 있으니 "혹시?" 라는 걱정은 하지 않으셔도 됩니다. 

   그러나 이전 포트스에서도 언급햇지만... 방전후 장시간 방치하게 되면...
   배터리의 수명이 줄어들게 되니 최소 한달에 한번정도는 50% 정도로 충전하셔서
   관리하시는 것이 좋습니다.

요즘은 덜하지만 작년 까지만 하더라도 충전식 배터리에 따라다니던 말이 메모리 효과인데...
구입초기에 완전방전과 완전 충전을 몇번 반복해서 최대치와 최저치를 기억해두도록 하는것을
말합니다. 그러나 이 메모리 효과는 니켈 충전지에 해당되는 내용으로
결론부터 말하자면...
리튬이온 충전지는 메모리 효과가 없으며 수시로 충전하는 것이 좋습니다.

그리고 니켈 충전지도 초기에 몇번 완전충전, 완전방전을 해주는 것이 좋지만...
이것을 자주 반복하는것은 결국 배터리 수명을 단축시키게 됩니다.

즉 충전식 배터리 사용에 있어서 가장 중요한것은
"완전방전"과 "과충전" 이 두가지만 조심하면 된다는 것입니다.
( 과충전은 BMS 회로로 해결가능 하니 결국 완전 방전 되는 것만 주의하시면 됩니다.^^)

그럼 "왜 완전 방전이 되거나 과충전 상태가 되면 충전지 수명이 단축되는 것일까?" 라는
의문이 생길 수 있는데...

그것은 충전지의 안전성때문입니다.
리튬이온 충전지는 일반적으로 이상적인 범위인 3.0V ~ 4.2V 사이에서 사용하도록 설계가 되어 있는데... 이 범위를 벗어나면 충전지 내부의 물질이 부반응(Side Reaction)을 일으켜 계속 사용하는데
지장을 가져오게 됩니다.

과충전이 되어서 4.2V를 넘거나 방전이 돼 3.0V 아래로 내려가면 충전지 안에 들어있는 전해질에
불순물이 많아지게 되면 내부물질 중 일부가 부반응(Side Reaction)에 의해 원하는 않은 형태로
변질돼 원래의 기능을 막아 성능이 떨어지게 되는 것입니다.

위에서도 언급했지만...
일반 사용자가 주의할점은 과충전보다는 방전된 상태에서 오래 방치하는 것입니다.
과충전은 BMS에 의해서 막을 수 있지만... 방전상태에서 방치하는 하는 전자 회로가 할수 없죠.

그리고 충전지에 대한 질문중
가장 많이 듣는것이 "수명" 입니다.

리튬계열 충전지의 수명은
보통 300-500회 정도의 충전 횟수라고 합니다.
그러면 여기서 생기는 의문은... 생각보다 적은 횟수이고...
이정도면 1년도 되지않아서 수명은 다하지 않을까?
그리고 위에서 리튬계열은 잦은 충전을 해주는 것이 좋다라고
했는데... 횟수가 이정도로 적다면... 결국 배터리 팔아먹겠다는
상술아닌가? 라는 생각도 들게 되지만...

   여기서 말하는 300 ~ 500 이라는 수치는
   완전충전, 완전방전의 횟수를 말합니다.
   따라서 위에서 언급한것처럼 조금사용하고 충전하는 방식의 충전이라면
   그 횟수는 6배이상 증가해서 3000번 이상도 가능합니다.

그리고 위에서 말하는 배터리의 수명은 더 이상 사용할수 없는 상태를 말하는 것이 아니라...
배터리의 수명이 단축되는 시점을 말하는 것입니다. 즉 이전에는 100% 충전하면 4시간정도
사용이 가능했는데... 어느순간부터 100% 충전을 해도 3시간정도만 사용가능하다면...
바로 그 시점이 위에서 말한 수명에 해당 되는것입니다.
즉 사용 시간이 줄었다고 느끼는 시점을 말하는 것입니다.

인간이나 생물의 수명은 죽는 순간까지를 말하지만...
충전식 배터리에서 수명은 100% 에서 꺽어지는 시점입니다.