[UL2580] 배터리 과충전 시험(Overcharge Test, Battery Pack, State of Charge, Rated Capacity, Protective Circuit)

 

목차

 

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배터리 과충전 시험

 

 

과충전 시험(Overcharge Test)은 EESA(Electric Energy Storage Assembly, 전기 에너지 저장 장치) 및 그 보호 회로가 과충전 상태에서 견딜 수 있는지 평가하는 시험입니다​.

 

 

시험 목적

• EESA가 과충전 상황에서 보호 기능을 정상적으로 수행하는지 확인
• 배터리 관리 시스템(BMS) 및 보호 회로의 작동 여부 검증
• 과충전 시 화재, 폭발 등의 위험 요소 평가

 

시험 절차

1. 시험 샘플 준비
   • 제조업체가 지정한 방전 종료 전압(EODV, End of Discharge Voltage)까지 완전히 방전된 배터리 샘플 사용​.
2. 시험 조건 설정
   • 배터리 팩(또는 EESA)의 최대 지정 충전 속도로 충전
   • 충전 회로에서 단일 고장(single fault condition)을 유발하여 과충전 상태를 시뮬레이션
     ※ "단일 고장 조건"에 대한 설명은 UL2580 섹션 21 참고​.
3. 충전 진행
   • 시험은 최종 결과(ultimate results)가 발생할 때까지 계속됨.

 

시험 종료 조건 (최종 결과)

 

다음 조건 중 하나라도 충족하면 시험을 종료함​.

✅ 보호 회로 작동

• 전압 또는 온도 보호 장치가 작동하여 충전을 차단함
• DUT(Device Under Test, 시험 대상 장치)가 섹션 18.5 및 20.2에 따라 모니터링됨

✅ 자동 차단 기능이 없거나 실패할 경우

• DUT가 정격 용량의 110% 또는 제조업체에서 설정한 최대 충전 한도에 도달하면 시험 종료
• 정격 용량 110% 초과는 과충전 평가에서 실패로 간주됨(BMS 정상 동작 안함)

✅ EESA 고장 발생

• 폭발, 화재 등의 위험 상황 발생 시 즉시 시험 종료

 

추가 평가 사항

• 시험 중 섹션 19에 따른 점화원(spark ignition source)을 사용하여 인화성 가스 존재 여부 평가​.
• 시험 종료 후, 샘플을 실온(ambient temperature)으로 냉각한 후 손상 여부 검사 및 절연 저항 시험(섹션 31.2(a) 참조) 수행.

 

합격 기준

 

시험 후 다음과 같은 현상이 없어야 함​:

✅ 화재 또는 폭발 없음
✅ 최소 절연 저항 100Ω/V 이상 유지
✅ 전해질 누출 없음
✅ 외부 증기 배출 없음 (단, 지정된 환기 시스템 또는 개구부를 통한 배출은 허용됨)
✅ 배터리 외장 파손 없음

 

 

 

 

배터리 과충전 시험을 위한 충방전기 및 방폭 챔버

 

배터리 기술이 발전함에 따라, 전기차(EV), 에너지 저장 시스템(ESS), 휴대용 전자기기 등 다양한 분야에서 고성능 배터리의 수요가 증가하고 있습니다. 이에 따라 배터리의 안전성 검증은 필수적인 과정이며, 특히 과충전 시험(Overcharge Test)은 배터리의 극한 환경에서의 안전성을 평가하는 중요한 시험 중 하나입니다.

 

 

 

과충전 시험을 수행하기 위해서는 정밀한 충방전기(Charge & Discharge System)와 방폭 챔버(Explosion-Proof Chamber)가 반드시 필요합니다. 충방전기는 배터리에 지정된 전압과 전류를 가하며, 일정한 충전 상태(SOC) 이상으로 충전될 경우 보호 회로가 정상적으로 작동하는지를 평가하는 역할을 합니다. 특히, 고속 데이터 샘플링을 통해 배터리의 전압, 전류, 온도 변화를 실시간으로 분석하며, 배터리의 내구성과 안정성을 확인할 수 있도록 설계되어 있습니다.

 

 

 

한편, 배터리를 과충전 상태로 유도하는 과정에서 내부 화학 반응이 급격히 증가할 수 있으며, 이로 인해 과열, 가스 발생, 폭발 등의 위험이 존재합니다. 이를 대비하기 위해 방폭 챔버가 필요합니다. 방폭 챔버는 배터리 시험 중 발생할 수 있는 위험 요소를 최소화하고, 시험 진행 시 연구원과 장비의 안전을 보호하는 역할을 합니다.

 

방폭 챔버는 내화성이 강한 스테인리스 스틸(SUS 304) 재질로 제작되며, 내부 압력 상승 시 자동으로 배출할 수 있는 압력 해제 시스템을 포함하고 있습니다. 또한, 시험 중 발생하는 가스를 감지하여 환기 및 배출할 수 있는 가연성 가스 감지 센서와 환기 시스템이 적용되어 있습니다. 이러한 설계는 배터리 폭발이나 화재 발생 시 피해를 최소화하며, 신뢰성 높은 시험 환경을 조성합니다.

 

결론적으로, 배터리의 안전성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 정확한 충방전 제어가 가능한 충방전기와, 시험 환경을 안전하게 유지할 수 있는 방폭 챔버의 도입이 필수적입니다. 이를 통해 배터리 제조업체 및 연구소에서는 배터리의 내구성을 평가하고, 보다 안전한 제품을 개발할 수 있습니다. 따라서, 고품질 배터리의 연구개발 및 상용화를 위해 충방전기와 방폭 챔버를 활용한 체계적인 시험 절차를 구축하는 것이 중요합니다.

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

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

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