사전 충전에서 완전 충전까지: 안전한 리튬 배터리 충전의 다섯 단계

• 발열 모니터링이 최우선 과제입니다.

• 리튬 배터리 충전은 안전을 보장하기 위해 5단계로 진행됩니다: 프리차지, 열 관리, 정전류, 정전압, 그리고 모니터링 중지

1. 두 번째 보호 장치 - 안전이 우선

2. 전처리

배터리 충전에 왜 전처리 단계가 필요한가?

상황을 설명하기 전에 , 우리는 객관적인 전제를 분명히 해야 합니다:

충전 관리 칩의 관점에서 보면, 배터리 포트에 매우 낮은 전압(약 2.5V)이 존재하며, 이는 정상적인 배터리의 전압 범위(3.2V~4.2V)에 속하지 않습니다.

이때 세 가지 상황이 있을 수 있습니다 :

• 4.2V 단일셀 리튬 배터리에 연결된 것이 아니라, 알 수 없는 무언가에 연결되어 있는 것입니다.

• 연결 회로 또는 배터리가 손상되어 전압이 비정상적으로 낮습니다.

• (｡･∀･)ﾉﾞ이봐, 이 멍청한 배터리는 과방전 상태야~

하지만 충전 칩으로서는 확신할 수 없었고, 할 수 있는 일은 시도해보는 것뿐이었다.

충전 칩은 먼저 매우 작은 전류(정상 전류의 10% 또는 약 10mA)를 가하게 될 것입니다. 리튬 배터리가 연결되어 있고 배터리 상태가 정상이라면, 배터리 단자에서의 전압은 천천히 그리고 지속적으로 상승하여 최소 충전 전압에 도달해야 합니다.

왜 프리처지(pre-treatment) 충전 단계에서 천천히 충전해야 할까요?

전력이 극도로 낮은 단일 셀 리튬이온 배터리는 내부 저항이 더 큽니다

정상적으로 충전되는 저항

전력 공식에 따르면

P = I² × R

• P는 발열 전력입니다

• I는 내부 저항을 통해 흐르는 전류입니다

• R은 내부 저항입니다

충전 칩은 물론 이를 알고 있습니다.

매우 낮은 전류 유지 → 매우 낮은 발열 유지 → 배터리 안전성 확보

이것이 바로 일부 휴대폰이 장시간 미사용 후 꺼진 상태에서 켜지지 않거나, 켜기 위해 2~3시간 정도 충전이 필요한 이유이기도 합니다!

천천히 배터리 단자 전압이 다음 단계로 진행하고 정상적인 충전을 시작하기 전에 안정된 전압까지 상승합니다.

 

3. 열 제어

배터리 전압이 정상 범위에 도달하면, 칩은 설정된 최대 전류로 충전을 시도합니다. 전력 공식에 따르면 초기 발열이 매우 빠르며 매우 높은 온도에 금세 도달할 수 있습니다.

이 기간 동안 충전 칩은 배터리 온도를 기준으로 판단합니다:

• 배터리 과열 → 충전 전류 감소

• 배터리 온도가 정상일 경우 → 점진적으로 전류 값을 증가 → 설정된 전류에 도달

충전이 진행됨에 따라 배터리의 내부 저항이 점차 감소합니다.

전력 공식에 따르면

P↓ = I² × R↓

발열 전력도 감소하고 있으며, 내부 저항이 무시할 수 있을 때까지 전류를 안전하게 천천히 증가시킬 수 있습니다.

 

4. 정전류 부스팅

리튬 배터리 충전 칩은 설정된 최대 전류 값에 따라 충전을 진행합니다. 이때 배터리 셀 전압은 점차 상승하여 배터리 전압이 4.2V에 근접할 때까지 올라갑니다.

이 단계는 4.2V에 도달하여 다음 단계로 넘어갈 때까지 오랜 시간 지속됩니다.

 

5. 정전압 및 전류 감소

배터리 셀이 4.2V에 도달하면 충전 전류가 점차 감소하여 10%에 이를 때까지 줄어듭니다.

 

6. 충전 종료

최종적으로 충전 전류가 컷오프 전류까지 감소하면 충전을 중단하십시오. 충전 전류가 0에 도달할 때 중단해서는 안 됩니다! 이는 배터리가 이미 과충전 상태임을 의미합니다. 배터리 수명을 연장하기 위해서는 일부러 완전히 충전하지 않는 것이 필요합니다.