리튬배터리 내부저항 측정

다음의 그림에서 리튬이온배터리 충전 과정을 참조하자. ~80% 용량까지 충전으로 인해 거의 4.2V 수준까지 전압 상승이 일어난 후 충전기를 끈 상태에서 Balancing 이 진행된다. 특정 셀의 전압이 지나치게 낮아지게 되면 다시 충전기가 켜지게 된다. 이러한 이유로 충전 마지막 단계에서 듀티성 충전이 일어날 수 있으며 최종 충전 후 충전기가 꺼진 상태에서 셀의 내부저항으로 인한 약간의 전압 하강이 발생한다.

리튬배터리의 내부 저항은 부하 전류, 온도에 따라 변화하며 양 단자에는 항상 배터리 전압이 걸려 있어 멀티메터의 저항계를 사용하여 측정할 수는 없다. 저항 측정 방법은 저항체를 회로에서 분리하여 자체 기전력과 전류 흐름이 없는 상태에서 멜티메터에서 역으로 약한 전압 및 직류 전류를 흘려 저항 값을 측정함에 유의 하자.

아래의 측정 장치에 의하면 배터리 양단에 주파수 1kHz 정전류 10 mA 출력의 오디오 제네레이터를 연결하여 교류파형을 공급하게 된다. 따라서 이때 측정되는 저항 값은 교류저항 즉 임피던스에 해당하는데 캐패시턴스 값으로 볼 수 있을 것이다. 이러한 사실을 감안할 때 직류 저항과 Capacitor 로 이루어진 배터리 등가회로 모델링이 가능해 질 것이다.

이와같이 어느 정도의 주파수를 갖게되는 배터리 충전 상황은 충전이 거의 완료되어 가는 상황에서 충전 전압 ON OFF에 따른 듀티성 충전과정에서 일어나게 된다. 하지만 그런 형상이 반드시 1kHz 인 것은 아니지만 어쨋든 납이나 리튬 배터리 종류에 관계 없이 1kHz 파형을 걸어 임피던스를 측정하여 기준 값으로 삼게 된다. 

현재에는 위 측정 시스템을 대신할 수 있도록 다음과 같은 상당히 고가의 배터리 테스터가 상용화되어 있다. 왼쪽에 각형 리튬인살철 배터리의 저항값을 측정해 보면 3.33V 로서 0.932 밀리옴 즉 근사적으로 1 밀리옴 임을 알 수 있다. 이 측정기로 18650 셀을 측정할 경우 평균 100 밀리옴 이하 즉 90 밀리옴 안팎의 값이 얻어진다. 오래 사용한 경우 400 밀리옴까지의 값이 측정된기도 한다. 이 측정기를 사용하면 busbar로 연결된 부위의 접촉저항까지 측정이 가능할 수도 있다.

 

해당 측정기 제조사명이 IBEX로서 성남에 위치한 것으로 기억되며  거의 10년전에 300만원 상당으로 교육기자재로 구매한 기억이 있다. 그새 물가가 많이 올랐으므로 가격이 500만원 이상으로 올랐을 것으로 본다. 10년이 되었음에도 아직 멀쩡한 것이 내부 리튬배터리 하며 물건 내구성이 상당히 우수한 것 같다.

 

어더ㅏㄴ 배터리든 오래 사용하다 보면 셀의 내부 저항이 증가하게 되어 특성이 크게 변화된다. 그 변화 원인은 크게 4가지로 분류해 참고해 보자.

1. 극판 고유의 전기화학적 저항

2. 극판간 전기접합개소에 대한 저항

3. 전해액의 이온 전도성에 대한 저항-측정 주파수에 따라 변화, 오랜 사용에 따라 화학 구성이 변화하고 누출이 일어남

4. 극주와 busbar 간의 결합볼트에 의한 일종의 접촉 저항

 

따라서 위 측정기를 사용하면 2, 3번항과 4번항 측정이 용이하나 1번항은 배터리릐 특성 연구가 뒤따라야 할 것이다.

 

다음 블로그에서 리튬배터리 내부저항 증가 원인을 살펴 보자.

리튬배터리 내부저항 증가 주 원인은?

https://blog.daum.net/ejleep1/1222

 

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