Medical Battery
리튬 배터리는 다른 배터리에 비해 가볍고 높은 에너지 밀도로 고용량, 고효율로 동작하여 충전이 가능한 다양한 기기 사용되고 있습니다. 단전지(Battery cell)는 보호회로(PCM, Protect Circuit Module)가 없는 하나의 전지를 의미하며 재충전이 가능한 최소 단뒤 입니다. 리튬 전지의 경우 화학적 특성상 보호회로가 없이 사용할 경우 과충전(용량 이상으로 충전), 과방전(용량 이상으로 방전), 단락(합선)으로 인한 과열·폭발 사고가 발생할 수 있습니다. 배터리 팩은 직렬 및 병렬로 연결된 단전지에 보호회로를 추가한 단위입니다.
배터리 용량은 SoC로 표기하며 (State of Charge) 일반적으로 용량이 가득 찬 상태를 100%, 모두 소모된 상태를 0%로 나타냅니다. 배터리 용량은 직접 특정하기 어려우며, 배터리의 전압을 측정하거나 순간 전류를 측정하여 이를 적분하는 방식으로 측정하게 됩니다. 리튬 배터리는 충전할 때와 방전할 때 전압과 전류 특성이 다르므로 단순하게 출력 전압만으로는 정확한 배터리 용량을 측정할 수 없습니다. 초기 배터리 용량 측정 기술은 주로 전류를 적분하는 방식으로 배터리 용량을 계산하였지만, 배터리가 충방전을 거듭할 수록 배터리 용량이 줄어들게 되므로 최근에는 전압과 전류를 모두 고려하여 배터리 용량을 계산하는 기술이 사용되고 있습니다
대용량 배터리팩 기술은 단전지를 직렬 및 병렬로 연결하여 목표로 하는 용량과 출력을 만드는 기술입니다. 직렬로 연달된 단전지는 각각의 상태를 실시간으로 점검해서 단전지 사이의 균형을 맞추는 것이 중요합니다. 단전지 사이의 균형이 무너지면 배터리 수명이 단축되며, 심하면 배터리가 과열 또는 폭발하는 사고가 발생할 수도 있습니다. 구체적으로 단전지간 균형을 유지시키는 기술을 셀밸런싱이라고 하며 수동 및 능동 방식이 있습니다. 두 방식 모두 각각의 단전지가 같은 용량을 가지도록 조절해 주게 됩니다.
배터리 관리 유닛(BMU, Battery Management Unit)은 배터리 보호, 용량 측정, 셀밸런싱을 통해서 배터리 팩을 관리하는 모듈입니다. 배터리 관리 유닛은 배터리의 수명을 예측하고 연장해주며, 과전압 또는 과전류 충전으로 인한 열폭주 발생을 억제하며 과도한 방전으로 인해 배터리 수명이 단축되는 것을 방지하는 기능을 합니다.
리튬 배터리의 안전 규격으로는 국제 규격인 IEC 62133이 통용되고 있습니다. 이를 통해서 배터리의 안전성일 인증 받을 수 있습니다. 특별하게 비행기로 배터리를 운송할 경우 비행기가 운항되는 환경과 유사한 환경을 모사하여 시험하는 UN 38.3 인증을 추가로 받아야 합니다. 의료용 배터리는 더욱 엄격한 안전 기준이 적용되며 국제 규격인 IEC 60601 인증을 통해서 관리되어야 합니다.
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