배터리 단락 시험이란? 단락 시험 장비(Battery Short Circuit Tester, 챔버, Chamber)

 

목차

 

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배터리 단락 시험이란?

 

참조: Investigating the Relationship Between Battery Safety and Coolant Conductivity at External Short Circuits

 

Short Circuit 시험(단락 시험)은 전기 시스템이나 장치가 단락 상태에서 어떻게 반응하는지 평가하는 중요한 시험으로, 주로 전기적 안전성을 확인하고 장치가 단락 상황에서 발생할 수 있는 손상을 방지하기 위해 실시됩니다. 특히 배터리 시스템에서는 단락 시험이 배터리의 안전성을 확인하는 중요한 과정입니다.

 

Short Circuit 시험의 첫 단계는 시험을 위한 장비와 환경을 준비하는 것입니다. 시험에는 고전류를 발생시키는 장치, 전압 및 전류를 측정할 수 있는 장비, 그리고 시험 대상 장치가 필요합니다. 이 시험은 단락으로 인해 발생할 수 있는 화재나 폭발의 위험을 고려해, 적절한 화재 예방 장치나 환기 장치가 있는 안전한 환경에서 이루어져야 합니다. 또한 시험 대상 배터리나 전기 장치는 시험 전에 완전히 충전된 상태로 준비해야 합니다.

 

시험이 시작되면, 먼저 인위적으로 단락 상태를 만듭니다. 이를 위해 시험 대상 장치에 외부 회로를 설정하고 저항을 통해 단락을 유도합니다. 배터리와 같은 전기 장치에서는 단락 시 매우 빠르게 전류와 전압이 변화하기 때문에 이를 정확히 측정하기 위해 고속 측정 장비를 사용합니다. 이와 동시에, 배터리나 장치의 온도 변화를 실시간으로 모니터링합니다. 단락이 발생하면 배터리가 과열될 수 있기 때문에 온도가 일정 임계값을 넘지 않도록 주의해야 합니다. 예를 들어, 배터리의 경우 온도가 135°C 이상으로 상승하면 폭발이나 화재가 발생할 수 있습니다.

 

또한 시험 과정에서는 단락 상태에서 장치가 어느 정도의 시간을 견딜 수 있는지 측정합니다. 저항이 낮을수록 배터리의 온도는 빠르게 상승하며, 저항이 높으면 온도 상승이 느리게 진행됩니다. 이 데이터를 바탕으로 장치의 내구성과 안전성을 평가할 수 있습니다.

 

시험이 끝난 후에는 수집된 전압, 전류, 온도 데이터를 분석하여 장치의 반응을 평가합니다. 실제 시험 결과는 시뮬레이션 모델과 비교해 시스템이 단락 시 어떻게 반응할지 예측하는 데 도움을 줍니다. 특히 배터리의 경우, 단락 시 발생하는 열 폭주 현상을 방지하기 위해 냉각 시스템과 같은 안전 장치가 잘 작동하는지 확인하는 것이 중요합니다. 시험 결과를 바탕으로 시스템의 안전성을 평가하고, 필요시 개선점을 도출합니다.

 

시험 후에는 장치가 정상적으로 복구되었는지, 손상 여부를 확인하고 추가 조치가 필요한지 평가합니다. 필요한 경우, 안전 장치를 추가하거나 냉각 시스템을 개선하는 등의 보완 조치를 취할 수 있습니다. Short Circuit 시험을 통해 전기 장치의 안전성을 확보하고, 단락 시 발생할 수 있는 위험을 사전에 방지할 수 있습니다.

 

 

 

배터리 단락 시험 국제 규격

 

1. IEC 62133

IEC 62133 표준은 주로 리튬 이온 배터리 및 니켈 기반 배터리의 안전성 시험을 다룹니다. 이 표준에서 단락 시험은 배터리가 외부 단락 상황에서 어떻게 반응하는지 확인하는 중요한 시험 중 하나로 규정되어 있습니다. 이 시험은 배터리 단자가 직접적으로 단락 상태에 놓였을 때 온도, 전류, 전압의 변화를 모니터링하고, 배터리 셀의 파손 여부를 확인합니다.

 

• 외부 저항을 0.1Ω 이하로 설정하여 배터리를 단락시킵니다.
• 배터리의 온도가 최대 온도에 도달할 때까지 시험을 진행하며, 일반적으로 이 과정은 약 1시간 동안 지속됩니다.
• 배터리의 온도가 170°C를 초과하거나 폭발 또는 화재가 발생하는지 확인합니다.

 

이 시험은 배터리의 설계가 단락 상황에서도 안전하게 유지되는지, 화재나 폭발을 방지하는지 평가합니다.

 

2. UL 1642

UL 1642는 리튬 배터리의 안전성을 평가하는 시험 표준으로, 단락 시험을 포함합니다. 이 표준에서 단락 시험은 배터리 셀과 모듈이 외부에서 단락되었을 때의 반응을 평가하며, 주로 배터리의 과열, 폭발 및 화재 위험성을 평가하는 데 중점을 둡니다.

 

• 배터리 단자 사이에 저항이 없는 상태(외부 저항 0Ω)에서 단락이 발생하도록 설정합니다.
• 온도 변화를 실시간으로 모니터링하며, 시험 중 배터리 외부 케이스의 온도가 150°C를 초과하지 않아야 합니다.
• 시험 중 폭발, 화재, 누액 등의 위험 요소가 없는지 확인합니다.

 

이 표준은 배터리 제조업체가 제품을 시장에 출시하기 전에 반드시 통과해야 하는 시험 중 하나로, 특히 소비자 안전과 관련된 중요한 규격입니다.

 

 

3. IEEE 1725

IEEE 1725는 휴대용 전자기기용 리튬 이온 배터리에 대한 표준으로, 단락 시험을 포함하여 배터리의 전기적, 화학적 안전성을 평가하는 규격입니다. 이 표준은 배터리가 단락 상태에서도 안전하게 작동하는지, 사용 중 발생할 수 있는 여러 위험 상황에 대비할 수 있는지 확인하는 데 중점을 둡니다.

 

배터리 모듈 전체에 걸쳐 단락이 발생할 수 있는 상황을 시뮬레이션합니다.

배터리 내부의 전류 경로가 어떻게 반응하는지, 과열로 인해 배터리 내부 화학 성분에 변화가 생기는지 평가합니다.

IEEE 1725는 주로 대규모 배터리 팩에 대한 시험을 중점적으로 다루며, 여러 셀이 연결된 대형 시스템에서도 안전하게 사용할 수 있는지를 확인합니다.

 

4. UN 38.3
UN 38.3은 리튬 배터리의 운송 안전성에 대한 규격으로, 단락 시험도 그 일부입니다. 특히, 항공 운송 시 리튬 배터리의 단락으로 인한 화재나 폭발 사고를 방지하기 위해 이 시험을 통과해야만 배터리를 운송할 수 있습니다.

 

• 저항이 0.1Ω 이하인 상태에서 단락을 시뮬레이션하고, 배터리가 화재나 폭발 없이 견디는지 확인합니다.
• 시험 온도는 55°C 이상이어야 하며, 배터리의 내부 및 외부 온도 변화를 기록합니다.
• 시험 후, 배터리가 폭발하지 않고 구조적으로 손상되지 않아야 합니다.

 

 

배터리 단락 시험 챔버

 

 

팜테크에서 제공하는 Short Circuit 챔버는 배터리 외부 단락 시험을 위해 설계된 온도 제어형 테스트 장비입니다. 이 챔버는 다양한 배터리 단락 시험 규격에 맞춰 설계되었으며, 특히 UN38.3 규격을 준수하여 배터리의 안전성을 평가할 수 있습니다. 단락 챔버는 내부 회로 저항을 정확하게 유지하여 최대 20,000A의 단락 전류를 발생시킬 수 있으며, 이는 배터리가 극한의 상황에서도 안전하게 작동하는지 확인하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

이 장비는 PLC 자동 제어 시스템을 통해 배터리의 외부 단락을 시뮬레이션하며, 시험 중 배터리의 전압, 전류, 표면 온도 변화를 실시간으로 기록합니다. 단락 시험 종료 조건은 배터리 표면 온도가 일정 수준으로 감소하거나, 설정된 시간이 경과했을 때입니다. 챔버는 고온 및 대전류 상황에서도 안정적인 작동을 위해 고급 구리 터미널과 DC 전자 접촉기를 사용하여 열 방출을 최적화하였습니다.

 

안전성 측면에서 폭발 방지 체인, CO2 소화 장치, 압력 해제 포트와 같은 다양한 안전 장치를 갖추고 있어 배터리 폭발 시에도 내부 압력을 제어하고 화재 및 연기를 신속하게 배출할 수 있습니다. 이 외에도 강화 유리로 된 관찰창과 고성능 LED 조명을 장착하여 시험 과정을 실시간으로 안전하게 관찰할 수 있습니다.

 

0~1,000℃ 범위의 온도와 최대 600V의 전압을 정확하게 측정할 수 있으며, 시험 데이터는 USB 포트를 통해 엑셀 형식으로 쉽게 내보낼 수 있습니다. 이 장비는 배터리 제조사와 연구소에서 배터리의 안전성을 확보하기 위한 필수적인 도구로, 높은 신뢰성과 안전성을 제공합니다​

 

 

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

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