셀밸런싱은 직렬로 연결된 배터리의 각 셀 전압을 동일하게 맞추는 것이다. 병렬로 연결된 셀은 자동으로 각 셀 전압이 맞춰진다. 리튬이온 배터리는 2.5~4.2V 이내의 전압을 유지해야 한다. 이 범위를 벗어나면 리튬이온 배터리에서 불이 날 수 있다. 1개 셀이 사용될 때는 1개 셀의 전압만 모니터링하면 되지만, 2개 이상의 셀이 사용될 때는 모든 셀의 전압을 모니터링해야 한다. 2개 셀 이상의 배터리에서 충전,/방전을 하면 셀마다 전압이 조금씩 달라진다. 예들 들면 2개 셀을 충전 중 첫번째 셀 전압이 4.2V가 되고 두번째 셀 전압이 4.0V가 된다면 첫번째 셀의 보호를 위해 충전을 중지해야 한다. 그렇게 되면 두번째 셀이 완전히 충전되지 않기 때문에 전체 충전 용량이 줄어 들게 된다. 이와 같이 셀간의 전압이 다를 때 사용하는 기능이 셀밸런싱 기능이다. 셀밸런싱은 전압이 높은 셀 부분만을 방전시켜 다른 셀들과 같은 전압으로 낮추는 것이다.
셀밸런싱 기능은 보통 충전 중에만 사용 한다. 셀밸런싱은 수동(Passive)와 능동(Active) 방식이 있다. 수동 셀밸런싱 방식은 셀 전압을 낮추기 위해 저항으로 셀의 충전 에너지를 소비시키는 방식이고 능동 셀밸런싱 방식은 높은 전압의 셀의 충전 에너지를 낮은 전압의 셀로 이동 시키는 방식이다.
수동 셀밸런싱 방식은 콤퍼레이터(Comparator)로 전압을 비교하여 전압이 4.2V 이상이 되면 저항과 연결된 트랜지스터를 ON 시켜 전류를 소비시키는 매우 단순한 방식이다. 하지만, Comparator가 항상 연결되어 있기 때문에 사용하지 않을 때에도 배터리의 전류가 소모된다. 그래서, 콤퍼레이터를 초저전력 타입을 사용해야 한다.
삼성, LG 등에서 만드는 배터리는 동일한 모델을 사용하면 상당한 시간을 사용해도 셀밸런싱 없이도 셀 밸런스가 어느 정도 유지된다. 하지만, 저가 제품은 동일한 모델을 사용해도 셀 밸런스가 쉽게 무너진다. RC 모형에 사용하는 리튬 폴리머 배터리는 셀밸런스가 쉽게 깨지기 때문에 충전 시 항상 셀 밸런싱을 맞춰줘야 한다.[1]
장점
수동 및 능동 셀밸런싱을 사용해 배터리 스택의 각 셀을 모니터링 하면 건전한 배터리 충전 상태(State of Charge; SoC)를 유지할 수 있다. 그럼으로써 배터리 사이클 수명을 연장할 뿐만 아니라, 과방전으로 인한 배터리 셀 손상을 방지해 추가적인 차원의 보호를 할 수 있다.
수동 밸런싱(passive balancing)은 외부의 저항을 통해 여분의 전하를 소산시켜 모든 배터리 셀들이 비슷한 SoC가 되도록 한다. 따라서 시스템 사용 시간을 늘리지는 못한다.
능동 밸런싱(active balancing)은 좀 더 복잡한 밸런싱 기법이다. 충전 사이클과 방전 사이클 시에 배터리 셀들 간에 전하를 재분배함으로써 배터리 스택에서 활용되는 총 전하를 늘려서 시스템 가시간을 늘린다. 수동 밸런싱을 사용할 때와 비교해서 충전 시간을 단축하고, 밸런싱을 하는 동안 발생되는 열을 줄인다.
참고자료
같이 보기
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