배터리 팩 전압 계산 방법: LiFePO4 및 삼원 리튬 배터리에 대한 간단한 가이드

배터리 전압은 충전식 배터리 팩을 설계하거나 선택할 때 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 배터리가 POS 단말기, 의료기기, 휴대용 장비, 스마트 조명 시스템, 에너지 저장 장치 또는 산업용 용도에 사용되든, 전압은 제품의 전기 요구사항에 맞아야 합니다.

엔지니어, 제품 개발자, 조달팀에게 배터리 전압 계산 방식을 이해하는 것은 출력 부족, 불안정한 작동, 지속 시간 단축, 충전기 및 제어 시스템과의 호환성 문제 등 일반적인 설계 문제를 피하는 데 도움이 됩니다.

이 글에서는 배터리 팩 전압이 두 가지 일반적인 리튬 배터리 화학, 즉 LiFePO4 배터리와 삼원 리튬 배터리를 사용하여 어떻게 계산되는지 설명합니다.

1. 일반 리튬 배터리 셀의 기본 전압

배터리 팩은 보통 여러 셀을 직렬 및 병렬로 연결하여 제작됩니다. 전체 배터리 팩 전압을 계산하기 전에 단일 셀의 전압을 이해하는 것이 중요합니다.

LiFePO4 배터리 셀 전압

LiFePO4는 리튬 철 인산염으로도 알려져 있으며, 높은 안전성, 긴 사이클 수명, 안정적인 방전 성능이 요구되는 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

단일 LiFePO4 셀의 일반적인 전압 값은 다음과 같습니다:

• 완전 충전 전압: 3.65V
• 명목 전압: 3.20V
• 방전 전압: 2.50V

LiFePO4 배터리는 에너지 저장 시스템, 산업 장비, 백업 전원, 전기 이동성 및 안전성과 사이클 수명이 우선순위인 응용 분야에 자주 선택됩니다.

삼원 리튬 배터리 셀 전압

삼원 리튬 배터리는 일반적으로 NCM 또는 NCA 화학을 사용하는 리튬이온 배터리를 의미합니다. 더 높은 에너지 밀도와 컴팩트한 크기가 필요할 때 일반적으로 사용됩니다.

단일 삼원 리튬 전지의 일반적인 전압 값은 다음과 같습니다:

• 완전 충전 전압: 4.20V
• 명목 전압: 3.70V
• 방전 전압: 3.00V

삼원 리튬 배터리는 소비자 전자제품, 의료기기, POS 단말기, 스마트 웨어러블, 블루투스 오디오 제품, 모바일 조명, 뷰티 기기, 그리고 다양한 휴대용 전자제품에 널리 사용됩니다.

2. "직렬 배터리 팩"이란 무엇을 의미하나요?

배터리 셀을 직렬로 연결할 때는 전압이 증가하지만 용량은 변하지 않습니다.

예를 들어, 한 개의 LiFePO4 셀의 명목 전압이 3.2V라면, 20시리즈 배터리 팩은 다음과 같은 조건을 갖게 됩니다:

3.2V × 20 = 64V 명목 전압

이 때문에 배터리 팩은 종종 13S, 16S, 17S, 20S, 또는 24S로 불립니다. "S"는 직렬로 연결된 셀의 수를 의미합니다.

시리즈 수가 많을수록 배터리 팩 전압도 높아집니다.

3. 배터리 팩 전압 계산 방법

공식은 간단합니다:

배터리 팩 전압 = 단일 셀 전압 × 직렬 셀 수

이 공식은 완전 충전 전압, 명목 전압, 방전 전압을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

예를 들어, 20개의 셀이 직렬로 연결된 LiFePO4 배터리 팩을 설계한다면:

• 완전 충전 전압: 3.65V × 20 = 73.0V
• 명목 전압: 3.20V × 20 = 64.0V
• 방전 전압: 2.50V × 20 = 50.0V

배터리는 '60V 배터리 팩'이라고 불릴 수 있지만, 실제 전압은 충전과 방전 시 변합니다. 이것은 리튬 배터리에서 흔한 현상입니다.

4. 일반적인 LiFePO4 배터리 팩 전압

LiFePO4 배터리 팩은 종종 응용 요구사항에 따라 구성됩니다. 아래는 몇 가지 일반적인 전압 구성입니다.

이러한 구성은 더 안전한 화학, 긴 사이클 수명, 안정적인 출력 성능이 요구되는 응용 분야에서 흔히 사용됩니다.

5. 일반적인 삼원 리튬 배터리 팩 전압

삼원 리튬 배터리 팩은 더 높은 단일 전지 전압을 사용하기 때문에 필요한 시리즈 수가 LiFePO4와 다릅니다.

삼원 리튬 배터리는 에너지 밀도가 높기 때문에 크기와 무게가 중요한 컴팩트 배터리 팩 설계에 자주 사용됩니다.

6. 왜 명목 전압이 실제 전압과 같지 않은가

많은 고객들은 48V, 60V, 72V로 표시된 배터리가 측정 시 항상 정확히 그 전압을 보여주지 않는 이유를 묻습니다.

이유는 간단합니다: 리튬 배터리 전압은 충전 상태에 따라 변합니다.

배터리가 완전히 충전되면 전압이 더 높아집니다. 사용 중에는 전압이 점차 떨어집니다. 배터리가 전압 한계에 도달하면 BMS는 보통 과방전으로부터 셀을 보호하기 위해 방전을 차단합니다.

예를 들어, 48V LiFePO4 배터리 팩은 완전히 충전되면 58.4V에 도달할 수 있고, 방전되면 약 40.0V까지 떨어질 수 있습니다. 이것이 배터리에 결함이 있다는 뜻은 아닙니다. 이는 정상 작동 전압 범위에 속합니다.

7. 배터리 팩 설계에서 전압 계산이 중요한 이유

올바른 전압 설계는 배터리 구동 제품에 필수적입니다. 전압이 너무 낮으면 장치가 제대로 시동이 걸리지 않거나 충분한 전력을 공급하지 못할 수 있습니다. 전압이 너무 높으면 기기, 충전기, 컨트롤러 또는 전자 부품이 손상될 수 있습니다.

전압 설계는 다음과 같은 영향을 미칩니다:

• 장치 호환성
• 차저 선택
• BMS 구성
• 모터 또는 컨트롤러 성능
• 실행 시간 및 전력 출력
• 안전 보호 설정
• 인증 및 시험 요건
• 장기 제품 신뢰성

이 때문에 배터리 팩 설계는 용량에만 집중해서는 안 됩니다. 전압, 전류, 셀 화학, 보호 설계, 온도 범위, 적용 환경 등 모든 요소를 함께 고려해야 합니다.

8. LiFePO4 vs 삼원 리튬: 어느 쪽을 선택해야 할까요?

LiFePO4와 삼진 리튬 배터리 모두 널리 사용되지만, 서로 다른 용도에 적합합니다.

LiFePO4 배터리 장점

LiFePO4 배터리는 안전성, 열 안정성, 긴 사이클 수명, 그리고 강한 내구성으로 잘 알려져 있습니다. 이들은 콤팩트 크기보다 긴 수명과 안전성이 더 중요한 제품에 적합합니다.

일반적인 적용 사례는 다음과 같습니다:

• 에너지 저장 시스템
• 산업용 전력 장비
• 백업 전원 시스템
• 전기 모빌리티 응용
• 야외 전력 장치
• 고안전 배터리 시스템

삼원 리튬 배터리의 장점

삼원 리튬 배터리는 더 높은 에너지 밀도, 더 가벼운 무게, 더 컴팩트한 구조를 제공합니다. 제한된 공간에서 더 긴 런타임이 필요한 휴대용 기기에 적합합니다.

일반적인 적용 사례는 다음과 같습니다:

• POS 단말기
• 의료기기
• 스마트 웨어러블
• 블루투스 오디오 제품
• 뷰티 기기
• 스마트 홈 기기
• 휴대용 조명 제품
• 가전제품

최적의 배터리 화학은 제품의 전압, 용량, 크기, 무게, 방전율, 충전 요구사항 및 안전 기준에 따라 달라집니다.

9. 글로플럭스 맞춤 배터리 팩 지원

글로플럭스에서는 고객들이 실제 응용 요구사항에 기반해 리튬 배터리 솔루션을 설계하고 제조할 수 있도록 돕습니다. 단순히 표준 배터리를 제공하는 대신, 저희 엔지니어링 팀은 각 프로젝트의 전기적, 기계적 요구사항을 모두 평가합니다.

글로플럭스 지지대:

• 맞춤형 리튬 이온 배터리 팩
• 리튬 폴리머 배터리 솔루션
• LiFePO4 배터리 팩 개발
• 원통형 셀 배터리 팩
• 충전식 AA 및 AAA 배터리 솔루션
• 교체 가능한 배터리 팩 설계
• BMS와 보호 회로 통합
• 맞춤형 전압 및 용량 설계
• 커넥터, 배선, 라벨, 하우징 및 포장 맞춤화
• 글로벌 시장 인증 지원

제품에 컴팩트 3.7V 배터리, 다중 셀 배터리 팩, 대용량 충전식 솔루션, 또는 특정 전압 요구사항이 있는 맞춤형 배터리 시스템 등 어떤 제품이 필요하든, 글로플럭스는 샘플 개발부터 대량 생산까지 엔지니어링 지원을 제공합니다.

10. 최종 소감

배터리 팩 전압은 단일 셀의 전압에 직렬로 연결된 셀 수에 곱하여 계산됩니다. 하지만 배터리 설계는 단순한 전압 계산만을 위한 것이 아닙니다. 신뢰할 수 있는 배터리 팩은 화학, BMS 보호, 충전 방법, 방전 전류, 작동 온도, 사이클 수명, 제품 구조, 안전 인증도 고려해야 합니다.

LiFePO4와 삼원 리튬 배터리 전압의 차이를 이해하는 것은 제품 개발자가 초기 단계에서 더 나은 설계 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

배터리 구동 제품을 개발 중이며 전압 선택, 배터리 팩 설계 또는 맞춤형 리튬 배터리 제조에 도움이 필요하다면, 글로플럭스가 더 안전하고 신뢰할 수 있으며 생산 준비가 된 배터리 솔루션을 만드는 데 도움을 드릴 수 있습니다.