지식 배터리 포메이션 납축전지와 NiCd(니켈-카드뮴) 전지 간의 특성 전압 임계값은 어떻게 다른가요? 배터리 테스트 시스템을 올바르게 구성하는 방법
작성자 아바타

기술팀 · Kintek Solution

업데이트됨 3개월 전

납축전지와 NiCd(니켈-카드뮴) 전지 간의 특성 전압 임계값은 어떻게 다른가요? 배터리 테스트 시스템을 올바르게 구성하는 방법


납축전지와 NiCd 전지는 근본적으로 다른 전압 임계값을 사용합니다. 납축전지는 공칭 전압이 약 2.0V인 반면, NiCd 전지는 공칭 전압이 약 1.2V입니다. 일반적인 납축전지 설정값은 부동 충전 시 셀당 2.2~2.25V, 가스 발생 시 셀당 약 2.4V, 방전 차단 시 셀당 1.7~1.9V입니다. NiCd 설정값은 더 낮아서 부동 충전 시 셀당 1.38~1.40V, 가스 발생 시 셀당 1.6~1.7V, 방전 차단 시 셀당 0.85~1.1V입니다.

배터리 테스터와 충전기는 화학적 특성에 따른 셀당 임계값으로 구성한 다음, 직렬 연결된 팩 전체에 해당 제한값을 적용해야 합니다. 납축전지 전압 값을 NiCd 전지에 적용하거나 그 반대로 적용할 경우 조기 차단, 과충전, 가스 발생, 용량 손실 또는 안전하지 않은 열 및 압력 상태가 초래될 수 있습니다.

셀당 전압이 중요한 이유

공칭 전압이 시스템 기준을 설정합니다

납축전지는 공칭 전압이 셀당 약 2.0V입니다. 따라서 일반적인 12V 납축전지는 6개의 셀이 직렬로 연결되어 있습니다.

NiCd 전지는 공칭 전압이 셀당 약 1.2V입니다. 공칭 12V NiCd 배터리에는 약 10개의 셀이 직렬로 필요합니다.

팩 수준의 전압이 같다고 해서 셀 개수나 충전 동작이 동일한 것은 아닙니다. 테스트 시스템은 전압 제한을 계산하기 전에 화학적 특성과 직렬 개수를 식별해야 합니다.

팩 임계값은 신중하게 조정되어야 합니다

직렬 연결된 배터리의 경우, 팩 임계값은 셀당 임계값에 셀 개수를 곱한 값과 거의 같습니다.

예를 들어, 셀당 부동 충전 설정이 2.23V인 6셀 납축전지는 약 13.38V의 팩 설정이 필요합니다. 셀당 부동 충전 설정이 1.40V인 10셀 NiCd 배터리는 약 14.0V가 필요합니다.

이 계산은 시작점을 설정하지만, 팩 수준의 제어는 셀 불균형, 온도, 측정 정확도 및 배터리 제조업체가 지정한 제한값도 고려해야 합니다.

특성 전압 임계값

납축전지 전압 프로파일

작동 지점 일반적인 납축전지 임계값
공칭 전압 셀당 2.0V
부동 충전 전압 셀당 2.2~2.25V
가스 발생 전압 셀당 약 2.4V
충전 종료 피크 셀당 2.6~2.7V
방전 차단 셀당 1.7~1.9V

납축전지는 두 화학 물질 중 더 높은 전압 수준에서 작동합니다. 충전 프로파일은 연속적인 부동 충전 작동과 충전을 완료하거나 복구하기 위한 더 높은 전압의 충전을 구분해야 합니다.

셀 전압이 셀당 2.6~2.7V에 도달하도록 허용하는 테스터는 이를 엄격한 전류, 시간 및 온도 감독이 필요한 충전 종료 상태로 취급해야 합니다.

NiCd 전압 프로파일

작동 지점 일반적인 NiCd 임계값
공칭 전압 셀당 1.2V
부동 충전 전압 셀당 1.38~1.40V
가스 발생 전압 셀당 1.6~1.7V
충전 종료 피크 셀당 1.65~1.85V
방전 차단 셀당 0.85~1.1V

NiCd 전지는 납축전지보다 공칭 전압과 절대 충전 전압이 낮습니다. 그러나 충전 중 공칭 전압 대비 전압 상승폭은 비례적으로 더 큽니다.

따라서 NiCd 충전 제어는 납축전지 전압 프로파일에 고정된 비율을 적용하는 것만으로는 도출할 수 없습니다. 충전기와 테스트 시스템에는 화학적 특성에 맞는 전압, 전류, 종료 및 온도 로직이 필요합니다.

차단 임계값이 특히 다릅니다

납축전지 방전 차단은 일반적으로 셀당 1.7~1.9V 정도로 설정되는 반면, NiCd 차단은 셀당 0.85~1.1V까지 낮을 수 있습니다.

이 차이는 용량 테스트 중에 중요합니다. 납축전지 차단 전압에서 멈춘 NiCd 테스트는 너무 일찍 종료되어 가용 용량을 과소평가하게 되며, 납축전지를 일반적인 NiCd 차단 전압까지 방전하면 손상을 주는 과방전이 발생할 수 있습니다.

충전기 및 테스트 시스템 구성

팩 값을 계산하기 전에 셀당 제한값을 설정하십시오

올바른 구성 순서는 다음과 같습니다.

  1. 배터리 화학적 특성을 식별합니다.
  2. 직렬 연결된 셀의 개수를 확인합니다.
  3. 관련된 셀당 작동 임계값을 선택합니다.
  4. 직렬 개수를 곱하여 공칭 팩 설정을 얻습니다.
  5. 제조업체의 배터리 수준 사양에 따라 결과를 검증합니다.

이 과정은 배터리의 공칭 팩 전압을 마치 보편적인 충전 또는 차단 전압인 것처럼 사용하는 일반적인 구성 오류를 방지합니다.

부동 충전, 가스 발생 및 충전 종료 설정을 분리하십시오

부동 충전 전압은 장기간 충전을 유지하기 위한 것입니다. 이는 상당한 가스 발생이 시작되는 전압보다 낮습니다.

가스 발생 전압은 특히 통기형 배터리에서 충전 시 훨씬 더 많은 가스가 생성될 수 있는 상태를 나타냅니다. 충전 종료 전압은 피크 상태이며 자동으로 연속 충전기 설정으로 사용되어서는 안 됩니다.

따라서 배터리 테스트 프로파일은 정상 작동, 충전 완료, 가스 발생 감지 및 비상 과전압 보호를 위한 별도의 임계값을 정의해야 합니다.

독립적인 보호 계층을 사용하십시오

프로그래밍된 충전기 제한값이 유일한 보호 메커니즘이 되어서는 안 됩니다. 배터리 시스템은 테스트 프로파일에 적합한 독립적인 과전압, 저전압, 과전류, 온도 및 시간 초과 보호 기능을 사용해야 합니다.

팩 수준의 전압은 정상으로 보일 수 있지만, 약하거나 불균형한 셀 하나가 이미 과충전되거나 깊게 방전되었을 수 있기 때문에 이는 중요합니다. 셀 탭핑(Cell tapping)이나 개별 셀 모니터링은 팩 전압만 확인하는 것보다 더 나은 가시성을 제공합니다.

필요한 경우 온도 보정을 적용하십시오

전압 임계값은 온도와 무관하지 않습니다. 충전 전압, 허용 전류 및 열 제한값은 화학적 특성, 배터리 구조 및 제조업체 데이터에 따라 조정되어야 합니다.

보충 참조 자료에 따르면 납축전지 시스템의 전해질 온도 제한은 일반적으로 최대 약 55°C까지인 반면, NiCd 제한은 구조에 따라 약 40~45°C로 더 낮습니다. 따라서 온도 모니터링은 단순히 추가적인 안전 기능이 아니라 정확한 전압 제한 제어의 일부입니다.

상충 관계 이해

더 높은 전압이 더 높은 성능을 의미하지는 않습니다

납축전지의 더 높은 셀 전압은 주어진 공칭 시스템 전압에 필요한 셀 수가 적기 때문에 일부 팩 설계를 단순화합니다. 그렇다고 해서 납축전지가 임의의 충전 전압을 견딜 수 있다는 의미는 아닙니다.

정상적인 충전 범위를 초과하면 가스 발생, 부식, 수분 손실 및 열 스트레스가 증가합니다. 밸브 조절식 납축전지(VRLA)는 과도한 가스 발생이 내부 압력을 높일 수 있으므로 특히 제어된 충전에 의존합니다.

NiCd는 과충전을 다르게 견딥니다

NiCd 전지는 가스 재결합 특성 때문에, 특히 밀폐형 설계에서 납축전지보다 제어된 저속 과충전을 더 잘 견딥니다. 이러한 내성이 올바른 전압 및 전류 제한이 필요 없다는 것을 의미하지는 않습니다.

NiCd 배터리도 충전이 제대로 제어되지 않으면 가열, 전해질 손실, 용량 저하 및 수명 단축을 겪을 수 있습니다. 또한 더 높은 가스 발생률로 인해 특히 급속 충전 시 더 큰 환기 요구 사항이 발생합니다.

팩 전압은 셀 수준의 고장을 숨길 수 있습니다

직렬 연결된 셀이 항상 전압을 동일하게 공유하는 것은 아닙니다. 전체 전압이 허용 범위 내인 배터리라도 충전 중에 과충전되거나 방전 중에 역전되는 셀이 포함되어 있을 수 있습니다.

연구, 자격 인증 및 고신뢰성 테스트를 위해서는 개별 셀 전압 측정이 바람직합니다. 이를 통해 시스템은 불균형을 식별하고 단일 셀이 잘못된 용량 결과를 초래하거나 손상을 입히기 전에 테스트를 중지할 수 있습니다.

전압만으로는 보편적인 충전 종료 신호가 아닙니다

충전 종료는 전류 테이퍼(taper), 경과 시간, 온도 상승 및 의도된 충전 방식에 따라 달라질 수 있습니다. 전압 임계값은 중요한 제어 매개변수이지만, 전체 충전 프로파일 내에서 해석되어야 합니다.

이는 충전 종료 전압 범위가 충전 속도 및 작동 조건에 따라 달라질 수 있는 NiCd의 경우 특히 중요합니다. 지정된 테스트 방법이 일반적인 전압 표보다 우선해야 합니다.

프로젝트에 적용하는 방법

충전기, 배터리 사이클러 또는 실험실 테스트 시스템을 구성할 때 다음 우선순위를 사용하십시오.

  • 전압 제한 정확도가 주된 관심사인 경우: 모든 제한값을 먼저 셀당 전압(V/cell)으로 구성하고, 직렬 개수를 곱한 다음, 결과 팩 값을 제조업체 사양과 대조하여 확인하십시오.
  • 용량 테스트가 주된 관심사인 경우: 화학적 특성에 맞는 방전 차단값을 사용하십시오. 납축전지는 셀당 약 1.7~1.9V, NiCd는 셀당 0.85~1.1V입니다.
  • 충전기 구성이 주된 관심사인 경우: 부동 충전 설정을 가스 발생 및 충전 종료 제한값과 구분하십시오. 납축전지는 셀당 약 2.2~2.25V, NiCd 부동 충전 작동은 셀당 1.38~1.40V입니다.
  • 안전 및 신뢰성이 주된 관심사인 경우: 특히 직렬 연결된 팩과 급속 충전 테스트의 경우 독립적인 셀 수준 전압, 온도, 전류 및 시간 초과 보호 기능을 추가하십시오.
  • 고온 작동이 주된 관심사인 경우: 모든 조건에서 전압 임계값을 고정된 것으로 취급하기보다는 화학적 특성 및 구조별 열 제한값과 온도 보정을 적용하십시오.

올바른 셀당 임계값은 귀하의 배터리 시스템에 안전한 충전, 대표적인 용량 측정 및 반복 가능한 수명 테스트를 위한 신뢰할 수 있는 기반을 제공합니다.

요약 표:

작동 지점 납축전지 (V/cell) NiCd (V/cell)
공칭 전압 2.0 1.2
부동 충전 전압 2.2~2.25 1.38~1.40
가스 발생 전압 ~2.4 1.6~1.7
충전 종료 피크 2.6~2.7 1.65~1.85
방전 차단 1.7~1.9 0.85~1.1

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