리튬인산철(LiFePO4) 배터리의 보관법
리튬인산철(LiFePO4) 4S 파워뱅크는 13.0V ~ 13.2V 정도로 충전한 상태로 보관합니다.
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단[일]셀 |
4S |
잔여량 |
비 고 |
|
|
전압 |
3.1V |
12.4V |
5% |
|
|
[정격] 전압 |
3.2V |
12.8V |
20% |
6개월 후에 충전해야 함 |
|
전압 |
3.25V |
13.0V |
50% |
1년 후에 충전해야 함 |
|
전압 |
3.4V |
13.6V |
|
* S는 Series(직렬), P는 Parallel(병렬)로 연결됨을 의미합니다.
* 월 3% 미만의 자가 방전율과 파워뱅크를 구성하는 주변회로의 대기전력을 고려합니다.
* 사실 모든 리튬인산철 배터리의 스펙은 제조사마다 조금씩 다르며 반드시 확인해야 합니다.
리튬인산철(LiFePO4) 배터리를 오래 사용하는 방법
리튬인산철(LiFePO4) 배터리는 3.1V ~ 3.4V가 총 용량의 85%를 차지합니다. 4S의 경우에는 12.4V ~ 13.6V 사이에서 사용하면 총 용량 85%를 사용하게 됩니다. 그러므로 완충하지 말고, 완전방전 하지 않으면 수명이 연장됩니다. 또한 파워뱅크가 완전 방전을 방지하기 위해서 차단된 경우에 가급적 빨리 충전해야 합니다. 왜냐하면 파워뱅크는 내부적으로 BMS(PCM), Equalizer 등의 모듈로 구성되며 이들은 대기 전력을 소비하기 때문에 머지 않아 완전방전이 되기 때문입니다.
특히 3.1V 이하에서는 잔여 용량은 5% 남게 되는데 그 이후에는 급격히 전압이 떨어져 완전방전 상태에 이르게 됩니다.
리튬인산철(LiFePO4) 배터리의 충전 방법
0.2C로 충전하는 것을 권장하며, 영하의 날씨에는 배터리 내부의 화학적 결합이 충전 전류 속도를 따라가지 못하므로 0.1C로 충전하는 것을 적극 권장합니다.
예를 들어, 120Ah의 0.1C(12A)로 충전하면 10시간이 소요됩니다.
<전압 구간에 따른 충전 시간(4S): 0.1C 기준>
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전압 |
충전 소요 시간 |
비 고 |
|
11.0V → 12.6V |
1 hour |
전체의 85% |
|
12.6V → 13.6V |
10 hours |
|
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13.6V → 14.6V |
1~2 hour(s) |
리튬인산철의 자체 효율 95% - 85% = ~10% |
|
11.0V → 14.6V |
12~13 hours |
|
* 13.6V 이상의 만충전으로 약 10%의 효율 증대는 수명과 trade-off 관계가 있습니다.
* 그러므로 리튬인산철 배터리 자체의 효율 95%지만 만충하지 않고 전체의 85%를 사용하면 수명이 증가합니다. 실제로는 파워뱅크의 주변회로의 소모 전력에 의해서 효율은 더 감소할 수 있습니다.
리튬인산철(LiFePO4) 배터리의 잔량표시는 가능한가?
리튬인산철 배터리의 잔량표시는 전압만으로 불가능한데 이는 리튬인산철 배터리의 방전 특성 상 단자 전압과 잔량이 선형적이기 않기 때문입니다. 단 별도의 적산계를 추가한다면 가능합니다.
다음 그림은 리튬인산철 배터리 단일셀의 납축전지(Lead-acid)와 비교한 방전 특성 그래프입니다.
<리튬인산철 배터리의 방전 특성>
위 그림에서 x축은 부하에 의한 누적 사용 용량이고, y축은 단일셀의 단자 전압을 나타낸 것입니다. 그림을 살펴보면 사용량을 선형적으로 늘여가다 보면 단자 전압이 비교적 완만한 영역이 존재하는데, 더 사용하면 단자 전압이 급격하게 감소함을 볼 수 있습니다. 그 이하의 영역으로 방전은 배터리 손상으로 수명을 단축시킬 수 있기 때문에 방전을 차단해야 합니다. 단자 전압이 완만한 감소를 보이는 영역이 총 용량의 85% 이상으로 과충전과 과방전은 바람직하지 않음을 알 수 있습니다.
리튬인산철(LiFePO4) 배터리의 사용 가능 시간 계산법
리튬인산철 배터리를 차량용 온열매트에 연결하여 사용한다면 얼마나 사용할 수 있을까요?
예를 들어, 4S에 구성된 120Ah 리튬인산철 파워뱅크에 12V, 120W 차량용 온열매트를 연결한다고 하면,
(~12V × 120Ah) / (120W) = ~12 × 120Wh / 120W = ~12h
결론적으로 약 12시간을 사용할 수 있고 리튬인산철 배터리의 효율과 파워뱅크를 구성하기 위한 BMS(PCM), Equalizer 등의 소비 전력을 고려하면 10~11 시간 정도 사용가능합니다.
* 120Ah는 부하에 120A(1C)로 1시간 전류를 공급할 수 있음을 의미하며 60A(0.5C)로 공급 시에는 120Ah / 60A = 2시간을 지속할 수 있음을 의미합니다.
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