엔진 시동용 리튬인산철 배터리 팩 시험 결과 요약_01

2012년에 제작했던 정비용 엔진 시동용 리튬인산철 배터리팩 2016년 7월 29일 오늘 시험했음. 사용된 리튬인산철 배터리는 태양광 용 중국제 각형으로서 80AH 용량을 사용하였음. 리튬폴리머나 리튬이온과는 달리 순간 전류가 3C(용량의 3배)라고는 하나 시험데이터와 품질의 신뢰성은 확실치 않음. 60AH의 납배터리를 사용하는 아반테급 시동을 위해서는 크랭킹 전류가 180A 이하에서 훅메터로 전류를 측정해 보면 11V 선까지 전압강하와 함께 120A 수준의 시동 전류가 흐름.

납배터리와의 큰 차이점은 납배터리는 충전 시에 외부전압 14V 정도 걸어주고 초기에 7A 정도 걸어 서서히 완속충전에 두면 적어도 4시간 정도면 완전 충전이 됨. 비록 납배터리가 2.1V 6개의 셀이 직렬연결되어 있으나 셀간의 전압 불균형 문제는 없음. 이에 반하여 리튬 계열 배터리는 충전 시에 각각 제멋대로라고 보시면 됨. 그래서 사진과 같은 PCM(Protection Circuit Module)이 반드시 필요함.

회로의 간단한 설명서에 의하면 B+, B- 단자가 있음. 사진 오른 쪽 하단의 굵은  전기선이 B+임 반면에 B-는 흰색 세라믹 저항 좌측 부분인데 여기에 배선을 하지 않고 사진의 중간에 방열판 앞 굵은 전기 선이 나오고 있는데 이부분을 P- 라 칭함.

실제 배터리가 충분히 충전되어 있으면 B-와 P- 사이에 전압 차가 없이 연결되어 있음. 하지만 충전이 충분하지 못한 경우에 PCM의 저전압 규격을 초과할 경우 차단회로 또는 스위칭 회로 작동에 의해 차단되어 있을 수도 있음.

실제 사용 시에는 B+(P+)와 P-를 연결한 전기선을 통해 시동용 전류(120A 내지 150A)가 흘러나오게 되있음. 양딘사이의 전압은 납배터리보다 다소 높은 13.8V 수준임. 일단 시동이 걸리면 자동차 발전기에서 배터리 보다 약간 높은 전압의 14V 수준 또는 그 이상이 될 수 있음. 이러한 전압차로 인해 리튬인산철 배터리 팩도 거꾸로 완속 충전이 될 것임. 오늘 실험에서 초기에 시동음과 함께 차단이 일어났는데 일단 리튬인산철을 30분간 7A 완속충전에 세팅하여 충전하였음. 그 후 재시동해본 결과 잘 작동하였음. 하지만 셀간 전압을 측정해 본 결과 3.5V 2개, 하나는 3,4V 나머지 하나는 3.8V로 제각각이었음.

하지만 이러한 문제 점은 방전 및 충전을 여러번 되풀이하면 셀간 전압차가 줄어드는 것이 경험적으로 판명되었음.

원래 리튬인산철 배터리 PCM 충전이 그런 스타일임. BMS 를 쓰는 충전도 충전 속도가 대단히 느림. 쓰지 않을 경우에는 하루종일 충전하고 있어야 함.

앞으로 HiDS 진단기로 방전 및 충전 시의 전압 전류 파형을 정밀하게 계측해 볼 계획임.

특히 리튬인산철 배터리가 영하 10도 이하에서도 어느정도 전류 특성이 좋다는 얘기가 있으므로 올해 겨울철에 환경 시험을 해볼 계획임. 아울러 본 엔진 시동용 리튬 인산철 배터리 팩은 앞으로 내구 수명 확인인을 위해 적어도 5년 이상 실습용 납배터리 사용을 줄이고 용인 송담대학교 자동차 기계과 정비 실습실에서 사용할 계획임.