과방전

과방전또는 심부방전(Deep Discharge)이란 단순 방전이 아니라 보호 회로가 배터리 상태를 인식하지 못할 정도로 방전한 상태를 말한다.

개요

과방전은 완전방전으로부터 시작된다. 완전히 방전된 상태를 반복하게 되면 배터리의 수명이 줄어들 수밖에 없다. 간단한 예를 들어 알코올 램프를 사용하면 심지에 불을 붙여 사용하는데 알코올을 다 소모하게 되면 결국 심지가 불타게 되는 경우가 생긴다. 이와 같이 배터리도 전기를 모두 소모하게 되면 결국에는 배터리 자체에 무리가 갈 수 있는 것이다. 그리하여 과충전과 과방전을 방지하기 위한 보호회로가 작동하도록 하는데 리튬이온을 일부러 완충완방하는 것이 불가능해 졌고, 잔량이 적은 상태로 방치하여 자연 방전을 통해 완전히 방전 시키는 것만 가능해졌다. 주위에서 살펴보면 무선이어폰과 같은 경우도 배터리가 소진된 상태에서 장기간 사용하지 않고, 다시 사용하려고 했을 때 사용하지 못하는 경우도 이 때문이다.

원리

리튬전지에는 0V 또는 과방전 보호전압보다 훨씬 낮은 상태가 되면 극판의 표면 또는 Edge에 덴드라이트(Dendlite)물질이 형성된다. 이는 나뭇가지 모양의 결정으로 금속이 녹아있는 용액에서 금속 핵이 생긴 다음 사방으로 가지를 뻗으며 자란다. 그렇게 성장하게 되면 덴드라이트는 양극판과 음극판 사이에서 절연층을 형성하고 있는 PE/PP 계열의 분리막을 손상시키게 되어 단락을 일으킨다. 이는 대부분의 리튬이온 전지는 충전을 하게되면 약간의 체적팽창현상이 발생하여 덴드라이트에 손상된 분리막이 충전략이 적을때 극판간 절연상태를 유지하여도 완전충전이 되어 체적이 팽창한 상태에서 분리막을 뚫어 전극극판을 단락시키게 되는 것이다. 충전된 전지내부의 양극판과 음극판이 덴드라이트에 의하여 단락이 되면 아주 미소한 단락은 미열을 발생하고 전압이 강하되겠지만, 심한 손상을 입게 되면 열폭주 현상이 발생하여 에너지가 급속히 소진되는 과정에서 열이 높아져 심한 발열, 가스누출, 발화, 폭발로 이어지게 된다. 이는 극판의 전기 에너지가 모두 소진될 때까지는 어떠한 대책이 없다. 물론 과방전시 전해액의 부반응, 전극층의 열화 및 기능 저하로 전지기능도 수행하지 못하지만, 그것보다도 전지의 안전성을 확보하기 위하여 과방전 전압보호가 있는 것이다. 납산배터리의 경우에 방전 시에는 전해액이 묽은 황산(H2SO4 + H20)으로 화학반응 중에는 황산만 반응하여 물에 가까워져서 배터리가 방전됨에 따라 전해액 비중과 전압이 점점 낮아지고, 장시간 지속된다면 활물질이 황산납(PbSO4)으로 더 이상 전기를 발생할 수 없는 완전방전상태가 되는 것이다. 이 때는 더이상 고출력을 발휘하지 못하고, 외부회로와 연결되어있으면 0V에 도달할 때까지 하강할 수 있다. 이상태가 지속이 되면 축전지가 더 이상 방전되어서는 아니 되는 축전지의 하한전압인 방전종지전압이 되는데 전기화학적 셀에 악영향을 미치거나 파손시킬 수 있다.

과방전 보호 회로

거의 모든 리튬전지에는 과충전, 과방지를 해주는 PCM(Protection Circuit Module)이 있는데 과방전 보호 기능도 한다. 2V 이하로 방전되면 회복 불능으로 전지가 손상되므로 이를 방지하기 위하여 사전 차단하는 전압으로 배터리가 방전 과정동안, 연결단 중 한셀이 배터리 전압이 2.3V보다 낮은 것을 검출하면 "DO GG" 핀은 고전압에서 제로전압으로 변경되어 V1을 켜고 끄면 방전회로가 차단되어 배터리가 더 이상 부하를 방전할 수 없게된다. 이 때 VD1 바디 다이오드 VD1의 존재로 인하여 충전기는 다이오드를 통하여 배터리를 충전할 수 있다. 과방전 보호 상태에서는 배터리 전압을 낮출 수 없어 보호 회로의 전류소비는 매우 적어야 한다. 이때 IC는 저소비 상태가 되고, 전체 보호회로의 소비전력은 0.1μA 미만이 된다. 제어 IC가 배터리 전압이 2.3V보다 낮음을 감지 한 시간과 V1 신호가 꺼질 때까지의 지연 시간도 있다. 이 지연시간의 길이는 C3에 의하여 결정되고, 일반적으로 간섭판단으로 인한 오류를 방지하기 위하여 100ms로 설정된다.

참고자료

• 〈Deep Discharge - an overview〉, 《ScienceDirect Topics》
• Lucky7, 〈과충전, 과방전이 왜 안좋은가? 전기알못 배터리알못도 쉽게 이해할 수 있는 비유로 설명합니다.〉, 《youtube》, 2019-11-28

같이보기

• 전기
• 방전

이 과방전 문서는 충전에 관한 토막글입니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 이 문서의 내용을 채워주세요.

자동차 : 자동차 분류, 자동차 회사, 한국 자동차, 독일 자동차, 유럽 자동차, 미국 자동차, 중국 자동차, 일본 자동차, 전기자동차, 자동차 제조, 자동차 부품, 자동차 색상, 자동차 외장, 자동차 내장, 자동차 전장, 자동차 부품 회사, 배터리, 배터리 회사, 충전 □■⊕, 자동차 판매, 자동차 판매 회사, 자동차 관리, 자동차 역사, 자동차 인물 충전 고속충전 • 과방전 • 과충전 • 교류충전 • 급속 • 급속충전 • 도전 • 동시충전 • 무선충전 • 방전 • 선로 • 수소충전 • 순차충전 • 완속 • 완속충전 • 완전충전(완충) • 완전방전(완방) • 저속충전 • 직류충전 • 초고속충전 • 초급속충전 • 충방전 • 충전 • 충전상태 • 충전시간 • 트립 충전기 AC3상 • AC단상 • AC충전기 • DC충전기 • DC콤보 • DC콤보1 • DC콤보2 • J1772 어댑터 • 개인용 충전기 • 결합충전(CSS) • 계량기 • 고속충전기 • 공용충전기 • 과금형 콘센트 • 급속충전기 • 낙스(NACS) • 데스티네이션 차저 • 로봇충전기 • 무선충전기 • 무인충전기 • 미콘 • 방전건 • 벽걸이 충전기 • 분산형 충전기 • 비공용충전기 • 비상용 충전기 • 소켓 • 솔라루프 • 수소충전기 • 슈퍼차저 • 스탠드 릴형 충전기 • 스탠드형 충전기 • 어댑터 • 온보드차저 • 완속충전기 • 월차저 • 이동형 충전기 • 이브이라인 • 인렛 • 저속충전기 • 전기계량기 • 전기자동차 충전기 • 전용충전기 • 점프스타터 • 차데모(CHAdeMO) • 차지콘 • 초급속충전기 • 충전건 • 충전구 • 충전기 • 충전기 어댑터 • 충전요금 • 충전카드 • 충전케이블 • 충전포트 • 충전플러그 • 커넥터 • 콘센트 • 하이차저 • 휴대형 충전기 충전소 H 무빙 스테이션 • 급속충전소 • 수소충전소 • 완속충전소 • 전기충전소 • 초급속충전소 • 충전소 • 캐노피 충전 서비스 나이스차저 • 모두의충전 • 아이파킹 • 알차저 • 에스에스차저 • 이밥(eBAB) • 이볼트 • 이온 • 이브이라운지 • 이브이인프라 • 이브이플러그 • 이비랑 • 이피트 • 일렉베리 • 조이이브이 • 지차저 • 충전국밥 • 케이차저 • 켑코플러그 • 한화모티브 • 해피차저 • 헬로플러그인 • 휴맥스차저 한국 충전기 회사 남부산전㈜ • 남부솔루션㈜ • 대영채비㈜ • ㈜대유플러스 • ㈜레드이엔지 • ㈜매니지온 • ㈜맥플러스 • ㈜모던텍 • 모트렉스이브이㈜ • 보타리에너지㈜ • ㈜삼성이브이씨 • ㈜새누 • ㈜설악에너텍 • 성민기업 • ㈜소프트베리 • ㈜스마트포트테크놀로지 • ㈜스칼라데이터 • ㈜스타코프 • ㈜스필 • ㈜씨어스 • 아우토크립트㈜ • ㈜애플망고 • ㈜에바 • ㈜에버온 • ㈜에스이피 • 에스케이브로드밴드㈜ • 에스케이시그넷㈜ • 에스트래픽㈜ • 에이치엘비생명과학㈜ • 에이치엘비일렉㈜ • 엘에스이링크㈜ • ㈜엘지헬로비전 • 와이더블유모바일㈜ • 옴니시스템㈜ • ㈜이노케이텍 • ㈜이엔 • ㈜이엔에이치에너지 • 이엔테크놀로지㈜ • ㈜이지차저 • ㈜이카플러그 • ㈜인피니티웍스 • ㈜제주전기자동차서비스 • 조이이브이 • ㈜종하아이앤씨 • 중앙제어㈜ • 지에스에너지㈜ • 지에스칼텍스㈜ • ㈜지엔텔 • 지에스커넥트㈜ • ㈜차지비 • ㈜차지인 • ㈜참빛이브이씨 • 코하이젠㈜ • ㈜클린일렉스 • ㈜타디스테크놀로지 • ㈜티비유 • ㈜티엘컴퍼니 • ㈜파워큐브코리아 • 파킹클라우드㈜ • ㈜펌프킨 • ㈜플러그링크 • 하이넷(수소에너지네트워크㈜) • 한국전기차인프라기술㈜ • 한국전기차충전서비스㈜ • 한국전력공사 • 한국전자금융㈜ • ㈜한국충전연합 • 한국컴퓨터㈜ • 한국홈충전기렌탈㈜ • 한화솔루션㈜ • 홈앤서비스㈜ • ㈜휴맥스이브이 글로벌 충전기 회사 ABB • RWE • 과사달 • 국가전망 • 도쿄전력㈜ • 로열더치쉘 • 만마고분 • 베바스토 • 브리티시페트롤리엄 • 비티씨파워 • 성성충전 • 솔라엣지 • 아이오니티 • 에파섹 • 이브이고(EV고) • 일렉트리파이 아메리카 • 지멘스 • 차지포인트 • 특래전 • 특예덕 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반