단독 솔루션으로 사용하는 것은 권장되지 않습니다.
대신, 배터리에 맞게 설계된 전용 충전기를 사용하시기 바랍니다.
배터리는 충전에 매우 민감합니다. 적절한 관리와 충전이 이루어지지 않으면, 충전 효율이 떨어지고 수명이 단축될 수도 있습니다. 특히, 부적절하거나 잘못 설정된 충전기를 사용하면 배터리가 과열되어 여러분의 값비싼 자산을 한 달도 되지 않아 손상시킬 수 있습니다.
사례 연구
하나의 사례로 밀접하게 관련된 MEAN WELL의 두 제품을 살펴보겠습니다. 이 두 제품은 크기와 최대 전력 정격이 유사하며, 모두 공칭 12VCD로 설정 가능할 뿐만 아니라 부품 번호도 비슷합니다:
- RPB-1600-12: 지능형 배터리 충전기 (그림 1 참조).
- RCP-1600-12: 외형은 거의 동일하지만, 고정 전압 AC-DC 컨버터로 작동.
그림 1: MEAN WELL RPB-1600-12 배터리 충전기의 이미지.
주요 사양 검토
사양을 간단히 살펴보면 충전기와 컨버터를 구분할 수 있습니다.
MEAN WELL AC-DC 컨버터는 출력 전압을 11.5~15VDC 범위에서 조정할 수 있지만 출력 전압이 고정입니다.
MEAN WELL 충전기는 배터리 충전에 특화된 다양한 기능을 갖추고 있습니다. 다음은 이러한 지능형 기능 중 일부입니다:
- 배터리 전용 설계 - 납산 전지(젤형, 액체형, AGM) 및 리튬이온 전지(리튬 인산철, 리튬 망간) 지원
- 충전 관리 기능 내장 - 기본인 3단계 충전 곡선과 프로그래밍 가능한 프로파일을 통해 최적의 배터리 상태를 유지.
- 안전 및 보호 기능 - 아래에 대한 보호 기능 포함:
- 배터리 저전압
- 배터리 분리
- 단락(쇼트)
- 과전압
- 과열
- 내장된 I²C 인터페이스 및 PMBus 프로토콜(CANBus는 옵션)을 통한 지능형 제어 및 통신
3단계 충전 프로프일이란 무엇인가요?
배터리를 최적으로 충전하려면 단순히 공칭 전압을 공급하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 아래 그림 2의 3단계 충전 프로파일은 충전기와 컨버터의 차이를 이해하는 데 도움이 되는 좋은 출발점이 될 것입니다.
3단계 충전 곡선의 단계는 어떻게 되나요?
이 세 단계는 배터리와 충전기에 가해지는 스트레스를 최소화하도록 설계되었습니다.
- 벌크 충전(정전류 모드): 충전기는 정전류 모드로 작동하며 배터리가 빠르게 전하를 흡수합니다. 배터리가 설정된 충전 전압에 도달하면 벌크 충전 모드는 종료됩니다.
- 흡수 충전(정전압 모드): 충전기는 정전압 모드를 유지하며, 이때 배터리 전류는 점차 감소합니다. 완전 충전을 보장하기 위해 흡수 충전 전압은 배터리의 공칭 전압보다 높을 수 있습니다. 대부분의 충전기는 전류가 프로그래밍된 임계값 아래로 떨어지면 흡수 충전 모드를 종료할 수 있는 옵션이 있습니다. 시간 기반으로 종료할 수도 있습니다.
- 유지 충전(부동 모드): 특정 배터리 종류의 경우, 충전기는 24시간 내내 낮은 정전압을 인가하는 부동 모드로 진입합니다. 배터리 전압이 특정 전압 이하로 떨어진 방전 상태가 감지되면 부동 모드는 종료되고, 충전 사이클이 다시 시작됩니다.
기술 팁: 부동 충전이 보편적인 방식은 아닙니다. 납산 전지의 경우 일반적인 방식이지만, 일부 리튬이온 전지의 경우 손상을 줄 수 있습니다. 앞서 언급하였듯이, MEAN WELL 충전기는 프로그래밍이 가능하므로 흡수 충전이 완료되면 충전기가 자동 종료되도록 설정할 수 있습니다. 또한, 배터리의 자연 방전을 보완하기 위해 주기적으로 충전 사이클을 다시 시작하도록 설정할 수도 있습니다.
기술 팁: 일반적으로 주 전원이 차단되면 배터리를 사용합니다. 그러나 주 전원이 사용 가능한 경우, 충전기가 정격 전류 한도 내에서 전류를 공급할 것입니다. 이 점을 배터리 테스트 시 반드시 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리 상태를 지나치게 낙관적으로 평가할 수도 있습니다.
그림 2: MEAN WELL 배터리 충전기의 기본 3단계 충전 곡선.
추가 자료
배터리에 대한 더 자세한 정보는 Battery University를 참고해 보시기 바랍니다. 배터리의 종류, 특성, 충전 조건 등에 대한 심층적인 정보를 확인하실 수 있습니다.
사용 중인 배터리의 규격서를 항상 주의 깊게 검토하고, 제조사의 모든 권장 사항을 준수해야 합니다. 제조사의 기술 백서가 제공되는 경우도 있으니 참고해 보시기 바랍니다.
기술 팁: 모든 배터리 제품들이 긴 수명을 목표로 설계되는 것은 아닙니다. 고성능이 요구되는 응용 분야에서는 무게를 줄이기 위해 배터리 수명을 희생하기도 합니다. RC 드론이나 레이싱 응용 분야는 수명보다 성능이 우선시 됩니다. 이는 마치 단 몇 바퀴만을 극적으로 돌기 위해 설계된 탑 튜얼(Top Fuel) 드래그 레이싱 자동차의 내연 기관과 비슷합니다.
글을 맺으며
AC-DC 컨버터와 배터리 충전기는 밀접하게 관련되어 있지만, 가장 큰 차이점은 배터리 충전기에는 충전 사이클을 배터리에 맞출 수 있도록 설계된 지능형 기능이 포함되어 있다는 점입니다. 대표적인 예로 기본 3단계 충전 사이클을 들 수 있습니다.
특정 응용 분야에서는 AC-DC 컨버터를 컴퓨터로 제어해 이를 충전기처럼 동작하게 만드는 것이 나을 수도 있습니다. 그러나 대부분의 경우, 전용으로 설계된 배터리 충전기를 사용하는 것이 더 바람직합니다.
우리는 매우 매력적인 기술의 시대에 살고 있으므로 Battery University의 자료들도 꼭 읽어 보시기 바랍니다.
감사합니다,
Aaron
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저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 디지키에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.
영문 원본: Can an AC to DC converter be used to charge a battery?