18650 배터리 전압으로 충전상태를 가늠하자

 1.  18650 배터리 전압 분포

 거의 대부분이 4.2V가 만충이며 2.6V가 CutOff 전압이다. 사실상 2.6V 이하로 내려가면 셀이 망가질 수 있기 때문에 3.0V 이하로 내려가도록 방전 시스템을 설계하지 않는다. 18650배터리는 한번이라도 완전방전이 되면 사용 불가능하다.

이상적인 배터리라면 전압의 변동없이 전기 용량을 모두 사용하면 좋겠지만 불가능하다. 만충 상태와 다 사용한 상태의 전압 차이가 존재하며 이를 이용하여 전압측정으로 충전량을 계산해 보려고 한다. 물론 이 방법은 절대 어림계산 방식이며 정확도는 정말 떨어진다. 하지만 많은 시스템(전동공구, 무선 선풍기 등등의 18650 배터리를 사용하는 충전 기계)에 배터리 잔량을 표시하는 방법이 아이러니하게도 이 방법을 사용한다.  이 방법이 가장 간단하기 때문이다. 

2. 이상적인 18650 배터리의 전압

 이상적인(즉 가장 이루어지기를 바라는 형태) SOC(State Of Charge)와 전압의 상태는 아래의 차트이다.

3.6V ~ 3.7V 사이에서 약 80%정도 방전이 전압 변동없이 이루어 지는 형태이다.  위의 그림정도로 방전이 이루어진다면 정말 안정적인 배터리가 될 것이다. 물론 이런 상태라면 전압 측정으로 용량 계산이 거의 불가능하다고 볼 수 있다. 리튬이온의 경우는 위의 차트는 실제 상황에서 불가능하고, 리튬인산철의 경우 좀더 비슷한 차트를 보인다.

3. 현실의 18650 배터리 전압 및 용량 가늠

 다행이도 현실의 배터리는 이상적인 배터리와 좀 다르다.

위의 표에서 검정색선 (0.2C) 정도를 살펴보면 된다. 이상적인 배터리의 SOC와 비교하여 전압 변화가 더 크다. 위의 차트에 근거하여 표를 만들면 대략 아래와 같다.

배터리 전압을 체크하여 위의 표에서 찾아서 충전 상태를 가늠할 수 있다.  충전 용량을 가늠하는 것이 아니라 대략 몇 %가 충전되어 있는 가를 가늠하는 것이다. 만약 용량이 2000mAh인 배터리에서 50% 라면 대략 1000mAh정도 용량이 충전되어 있음을 가늠할 수 있다.

물론 모든 18650 배터리가 위의 표에 부합되는 것은 아니며, 일반적인 것으로 이해하면 된다.

실제 SDI의 35E 배터리는 아래의 차트로 동작한다. 

위의 차트에서 주목해야 할 것은 10A 이상을 지속적으로 방전하는 경우 원래 용량의 절반 정도에서 방전이 완료된다는 것이다. 즉 완만하게 방전하면 배터리 자체의 용량을 다 쓰지만 급격하게 방전하면 실제 용량을 다 사용하지 못한다는 점이다.