[스크랩] 리튬인산철 배터리팩의 충전 과정상의 중요 파라메터에 관하여

 

충전 작업 수행을 위해서는 직접 터치판넬 상이나 또는 PC 모니터링 소프트웨어에서 중요 파라메터를 입력 작업이 가능하다. 리튬 인산철 배터리는 종래의 리튬이온 또는 리튬이온 폴리머와는 전압 특성이 다름에 유의해야 한다. 리튬 인산철 셀의 특성 곡선을 살펴 보기로 한다.

 

충전 곡선에 따르면 3.2V-3.4V 전압영역에서 85%를 상회하는 대부분의 용량이 충전되어 살아남을 볼 수 있다. 나머지 15% 용량을 회복하기 위해서는 3.9V 까지 급격히 상승하는 전압영역이 있음을 알 수 있다. 하지만 그래프 상에 붉은색으로 표현된 3.65V 영역까지 충전하면 95%정도의 충전이 이루어지는 셈이다. 단일 셀에서는 정교한 충전기 회로에의해서 95% 이상 즉 99%, 100% 영역의 충전이 가능하나 직렬 연결 수량이 100개에 달하는 전기차의 경우 밸런싱 문제에 부딪히게 된다. 즉 100개의 직렬 연결된 셀 충전 시 최종단계에서 개별 셀들의 전압을 조사해 보면 상호 전압차가 0.1V 안팎의 전압차이가 있음을 알 수 있다. 전체 전압 상으로 340V 에 도달했을 경우 셀의 평균 전압은 3.4V 이겠지만 실측에 의하면 반드시 최고 전압에 이른 셀이 하나 있으며 나머지는 그 보다 낮은 전압 값을 가지게 된다. 전체 전압이 340V에 도달했다면 85% 정도의 충전은 이루어졌으나 세부적으로 특정 셀은 90%를 넘은 반면에 나머지는 그 이하의 충전율을 달성하게 된다. 이런 상태에서는 충전기를 멈춘 상태에서 BMS에서 밸런싱 작업이 일어나게 되는 것이다. 밸런싱이란 2-3개의 셀을 대상으로 해서 높은 전압의 셀에서 전하를 취해 낮은 전압의 셀을 부분적으로 충전해 주는 작업이다. 이러한 작업을 위해서 2가지의 중요 파라메터가 있음을 알 수 있다. 첫 번째로 셀의 과충전 전압일 것이다. 100개의 셀 중에서 어는 하나라도 과충전 전압(OverVoltage)에 도달하게 되면 충전기를 끈 상태에서 밸런싱 작업이 시작되어야 할 것이다. 밸런싱이 진행되면 전압이 상대적으로 높은 셀들의 전압은 떨어지게 되며 낮은 셀들은 다소 높아지게 된다. 이와 같은 밸런싱이 이루어지게 되면 전체 전압 또한 다소 낮아지게 되는데 특정 값으로 설정된 전압에 도달하면 충전 작업이 다시 시작되어야 할 필요가 있다. 이 특정 값은 당연히 리튬 인산철 셀의 물성치는 아니며 밸런싱이라는 충전 알고리듬 상의 파라메터가 될 수 밖에 없다. 이 특정 값을 과충전 해제치 (Over Voltage Release)로 설정하기로 한다. 현재 EV ART의 BMS 및 PC 모니터링 소프트웨어에서는 과충전 전압을 3.65V 과충전 해제치를 3.4V로 설정해 사용 중이다.

출처 : 전기차 EV ART IT Lithium 리튬인산철

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