배터리 용량 시험이란? 테스트 방법 및 계산법(Li ion Battery Capacity Testing, Calculation, Battery Cycler Tester, Repower)

 

목차

 

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배터리 용량 시험(Battery Capacity Test)이란?

 

 

정지형 배터리 시스템(stationary battery systems)은 전력망, 데이터 센터, 통신 기지국 등 다양한 중요한 분야에서 사용되며, 신뢰성을 유지하기 위해서는 주기적인 유지보수가 필수적입니다. 배터리 성능을 평가하는 다양한 방법이 있지만, 배터리 용량 테스트는 가장 정확하고 신뢰할 수 있는 방법으로 평가됩니다. 이 글에서는 용량 테스트가 무엇인지, 그 절차와 방법을 자세히 설명하고, 왜 이 테스트가 중요한지 알아보겠습니다.

 

배터리 유지보수와 용량 테스트의 중요성

정지형 배터리 시스템을 유지하기 위해서는 셀 전압, 온도, 내부 저항, 연결 저항 등 여러 작동 매개변수를 주기적으로 측정해야 합니다. 하지만 이러한 수치만으로 배터리의 실제 용량을 평가하는 것은 불가능합니다. 배터리의 용량이란 배터리가 충전된 에너지를 일정 전압 이하로 떨어지기 전에 얼마나 오래 유지할 수 있는지를 말하며, 이는 배터리의 핵심 성능 지표입니다. 용량 테스트는 배터리가 얼마나 많은 에너지를 저장하고 방출할 수 있는지 실제로 확인할 수 있는 유일한 방법입니다.

 

 

배터리 용량 테스트란?

용량 테스트(capacity testing)는 부하 테스트(load testing) 또는 방전 테스트(discharge testing)로도 불리며, 배터리에 인위적인 부하(암페어 또는 와트 단위)를 걸어 특정 시간 동안 방전시키는 과정을 의미합니다. 이때 방전은 최종 방전 전압(EOD, End-of-Discharge)까지 지속되며, 배터리의 온도는 테스트 시작 시 기준으로 측정됩니다.

 

이 테스트의 목적은 배터리의 실제 용량을 확인하고, 배터리 제조업체가 명시한 정격 용량과 비교하는 것입니다. 또한, 정기적으로 테스트를 수행하면 배터리의 성능이 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지, 즉 성능 저하의 추세를 파악할 수 있습니다. 배터리 용량이 일정 수준 이하로 떨어지면 교체 시기를 결정하는 데 중요한 데이터를 제공합니다.

 

 

배터리 유형별 용량 테스트 주기

배터리의 유형에 따라 용량 테스트의 주기가 달라집니다. 대표적으로 납축전지(VLA), 밸브 조절형 납축전지(VRLA), 니켈카드뮴 배터리의 테스트 주기를 살펴보겠습니다.

 

 

납축전지(VLA) 및 밸브 조절형 납축전지(VRLA)

• 수락 테스트(Acceptance Test): 설치 후 가능한 빨리 진행하며, 이는 배터리의 초기 성능을 평가하는 데 사용됩니다.
• 성능 테스트(Performance Test): 납축전지의 경우, 설치 2년 후 첫 성능 테스트를 실시하고, 이후 예상 수명의 25%마다 추가 테스트를 진행합니다. 예를 들어, 수명이 20년인 배터리는 5년마다 테스트해야 합니다.

 

배터리 성능 저하 정의

• 배터리 수명이 설계 수명의 85%에 도달한 경우
• 배터리 용량이 정격 용량의 90% 미만으로 떨어진 경우
• 이전 테스트 이후 배터리 용량이 10% 이상 감소한 경우 이러한 성능 저하가 관찰되면 1년마다 테스트를 진행하고, 용량이 80% 미만으로 떨어지면 배터리를 교체해야 합니다.

 

 

니켈카드뮴 배터리(Nickel-Cadmium Battery)

설치 후 12주 이상 부동 충전 상태를 유지한 후 수락 테스트를 진행합니다. 이는 "부동 효과"(float effect)라 불리는 현상을 방지하기 위한 조치입니다. 첫 성능 테스트는 2년 내에 진행되며, 이후 5년 주기로 성능 테스트를 시행합니다. 과도한 용량 손실(연평균 1.5% 이상의 손실)이 발생하면 매년 추가 테스트를 진행합니다.

 

 

 

 

배터리 용량 테스트 방법

 

용량 테스트는 전문 서비스 업체에 의뢰할 수도 있고, 장비와 인력을 보유한 경우 자체적으로 수행할 수도 있습니다. 그러나 용량 테스트는 배터리와 테스트 장비에 대한 깊은 지식이 필요하며, 장비 비용도 상당히 높습니다. 따라서 전문 지식이 부족하거나 장비가 없는 경우, 전문 업체에 의뢰하는 것이 안전합니다.

 

테스트 장비 구성

오늘날 대부분의 용량 테스트는 마이크로프로세서 기반 시스템을 사용하여 수행됩니다. 이러한 시스템은 자동으로 데이터를 수집하고 분석하며, 테스트는 주로 윈도우 기반 PC나 자체 내장형 시스템을 통해 제어됩니다. 테스트 장비는 주로 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

 

• 부하 뱅크(load bank): 배터리에서 전류를 끌어내는 고정밀 고출력 저항 장치로, 배터리에 걸리는 부하를 시뮬레이션합니다.
• 데이터 수집 장치: 배터리 셀의 전압, 전체 배터리 전압, 방전 전류 등의 데이터를 수집하여 기록합니다.
• 전압 센서: 개별 셀 또는 다중 셀 유닛의 전압을 모니터링하기 위한 센서로, 셀의 상태를 실시간으로 파악할 수 있습니다.

 

테스트 절차

테스트는 보통 배터리가 시스템에서 분리된 상태에서 수행됩니다. 이때, 시스템을 지원할 임시 배터리가 연결되어 있어야 합니다. 테스트는 자동으로 진행되며, 셀 전압, 방전 전류, 전체 배터리 전압 등 다양한 데이터가 실시간으로 기록됩니다. 만약 셀 중 하나가 비정상적으로 낮은 전압을 보일 경우, 테스트를 일시 중단하고 해당 셀을 우회하여 테스트를 계속할 수 있습니다.

 

용량 측정 제어 화면

 

 

용량 계산 방법

용량 테스트가 완료되면, 배터리의 용량을 계산해야 합니다. 용량 계산 방법은 주로 시간 조정 방법(Time-Adjusted Method)을 사용합니다. 이는 배터리의 실제 방전 시간과 정격 시간을 비교하여 용량을 계산하는 방법입니다. 예를 들어, 3시간 동안 방전되는 배터리가 실제로 2.7시간 동안 방전되었다면, 용량은 90%로 계산됩니다. 만약 배터리 온도가 25°C가 아니라면, 온도 보정 계수(Kt)를 적용하여 정확한 용량을 계산해야 합니다. 온도 보정 계수는 IEEE 표준에 따라 달라지며, 배터리 제조업체의 권장 사항을 참고해야 합니다.

 

 

 

 

 

배터리 용량 시험기(Battery Capacity Tester)

 

팜테크에서는 다양한 용량의 배터리 충방전기를 제공하여 배터리 용량 시험에 필요한 최적의 솔루션을 제공합니다. RePower의 최신 기술을 기반으로 한 충방전 시스템은 리튬이온 배터리, 납축전지, 니켈카드뮴 배터리 등 다양한 배터리의 성능 평가와 품질 관리를 위한 완벽한 통합 솔루션을 제공합니다.

이 시스템은 충전과 방전 데이터를 실시간으로 모니터링하며, 10V에서 최대 1500V까지의 넓은 전압 범위를 지원합니다. 또한, 고속 작업 상태 펄스 테스트, DCIR 테스트, 온도 특성 테스트와 같은 다양한 기능을 통해 배터리의 전체 수명 주기를 평가할 수 있습니다. 더불어 최신 에너지 피드백 시스템을 통해 최대 92% 이상의 에너지 효율을 자랑하며, 사용자의 요구에 맞춰 맞춤형 리포트 생성과 데이터 보호 기능을 제공합니다.

팜테크의 충방전기는 용량에 따라 30A부터 1000A까지 다양한 용량으로 제공되며, 모듈화된 설계로 유지보수가 용이하고 RS485/CAN 통신 프로토콜을 지원하여 배터리 관리 시스템(BMS)과의 연동도 가능합니다​.

 

이와 같은 충방전 시스템은 배터리 제조업체, 연구기관, 품질 관리 기관 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되며, 배터리 성능의 신뢰성과 안정성을 확보하는 데 필수적인 장비로 자리잡고 있습니다.

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 교육 프로그램, 측정/분석 용역, 장비를 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

교육일정및신청(주)팜테크