배터리 급속 충전과 완속 충전

배터리 급속 충전과 완속 충전에 대하여 알아 보겠습니다.

현재는 간단하게 언제 어디서나 220VAC 콘센트만 있으면 휴대형 충전기를 사용한 느린 충전을 진행하면 ‘완속 충전’

배터리 처럼 DC Power가 내장 되어있는 충전 스테이션 등에서 빠른 충전을 진행하면 ‘급속 충전’ 


1. 완속 충전(Slow Charge)

 

완속 충전 전력 변환
[출처:배터리 인사이드]
보통 완속 충전은 220VAC 콘센트의 전력을 공급 받아 OBC(On Board Charger) 라는 장치를 통해 DC의 형태로 전력을 변환하여 배터리를 충전하는 방식입니다. 전류를 변환하는 과정과 너무 높은 전력을 빠른 시간내에 220VAC 콘센트에서는 뽑아 낼 수 없어 충전 속도가 보통 3~7kW로 한정되어 있습니다.

 

가정용 충전기     산업용 OBC

왼쪽의 가정용 전기차 충전기도 와이어 가운데 또는 자동차 결합부에 전력 변환 장치가 내장되어 있고,

오른쪽 사진은 산업용 배터리 충전용으로 사용되는 3.3kW OBC 입니다. 전력변환때 일어나는 열 에너지를 식히기 위해 가운데 팬과 방열 구조로 케이스가 설계되어 있습니다.

꼭 외부 220VAC 전기의 전력 변환으로의 충전만이 완속 충전은 아닙니다. 앞서 말씀 드린 큰 전력이 220VAC 출력과 동시에 전력 변환이 가능하다면 고속 충전도 가능하게 됩니다. 그리고 현재 우리가 널리 사용하고 있는 보조 배터리도 충전 할 때에는 ‘DC → DC’로 충전을 진행하지만 보통 배터리의 수명과 안전을 위해 저속 충전을 하도록 만들어져 있습니다.


2. 급속충전(고속충전/Fast Charge)

급속 충전은 배터리 전압과 같은 형태인 DC 전력 자체를 충전 매체가 가지고 있어 충전 하고자 하는 배터리로 직접 공급하여 충전하는 방식 입니다.

급속충전 모형
[출처:배터리 인사이드]
보통 ‘1C’ 이상의 비율로 충전을 하면 ‘급속 충전’이라고 부릅니다. 사용 배터리를 1시간 만에 만충을 시키는 기준입니다. 그렇기 때문에 충전 하고자 하는 배터리 용량에 따라 급속 충전을 위한 전력량이 차이가 나고, 배터리 총량이 적은 휴대형 전자기기 스마트폰 같은 경우 220VAC를 바로 전력 변환을 통해 급속 충전이 가능한 겁니다. 하지만 전기차(EV) 배터리의 경우 용량이 큰 경우 100kW나 되고 현재 가장 많이 쓰이는 급속 충전기 스펙인 50kW 충전기로 충전하면 만충 시간이 약 2시간이 되는겁니다.

급속 충전기 종류
[출처:환경부]
급속 충전의 경우 배터리 보호를 위해 보통 80%까지 충전을 진행하게 됩니다. 사실상 실제 급속 충전을 진행 하게 되면 거의 100% 충전은 불가능하긴 합니다. 이유는 ‘표면전압(Surface voltage)’ 때문인데요 많은 양의 전류를 흘리기 위해선 더 큰 전위차가 필요하고 높은 전압으로 충전을 진행하게 됩니다. 충전기의 전압이 높아져 충전중 실제 셀의 전압보다 높은 전압이 측정되고 NCM 단전지 만충 전압 기준 4.2V 넘게 되면 양극과 음극에 손상 우려가 있으므로 충전을 차단하도록 설계가 되어야합니다. 급속충전기 충전 완료 후 배터리를 가만히 놔두고 안정시켜 ‘OCV(Open Circuit Voltage)’를 측정하면 보통 80%만 충전이 되어있습니다.

잦은 급속 충전은 배터리 내부 전극 구조에 안좋은 영향을 끼쳐 배터리의 ‘SOH(State Of Healthy)’가 낮아 질수 있습니다. 따라서 완속 충전과 함께 번갈아가며 충전 하는것을 권장 합니다.

 

Leave a Comment