충전지 정보 - 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-수소(Ni-MH), 리튬-이온(Li-ion)

[충전지의 종류]
니켈-카드뮴(니카드) : Ni-Cd
니켈-수소 : Ni-MH
리튬-이온 : Li-ion

[니켈-카드뮴(Ni-cd)]
메모리 효과 때문에 완전방전, 완전충전을 반복해야 오래 사용할 수 있습니다. 카드뮴이라는 유독성 물질로 이루어진데다, 배터리 용량이 낮아서 근래 니켈 수소 배터리에 밀려 사용량이 급격하게 줄어들고 있습니다. 니켈-수소 배터리에 비해 낮은 내부 저항으로 충전 시간이 짧으며 저온에 강하기 때문에 영하의 온도에서도 사용할 수 있습니다. 하지만 사용할수록 급격히 떨어지는 전압 특성은 디지털 카메라와 맞지 않습니다.

[니켈-수소(Ni-MH)]
니카드 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 없고, 2배이상의 용량을 갖는다는 장점 때문에 빠른 속도로 수요를 대체하고 있습니다. 게다가 디지털 카메라처럼 순간적으로 전기를 많이 사용하는 기기에 잘 맞는 방전 특성을 갖고 있기 때문에 디지털 카메라용 배터리로 많이 사용되고 있습니다.

[리튬-이온(Li-ion)]
1992년 소니가 개발한 배터리 입니다. 양산되는 배터리 중 성능이 가장 우수하고 가볍습니다. 가격이 비싸고 리튬-이온 배터리의 방전 특성이 디지털 카메라와 같이 전기를 많이 사용하는 제품에 잘 맞기 때문에 휴대폰, 노트북, PDA 같은 제품에 많이 사용 됩니다. 리튬-이온 배터리는 폭발 위험이 있기 때문에 보호회로가 장착된 Pack 타입의 전용배터리로 만들어지고 있습니다. 앞으로 배터리가 안정화되면 표준 타입의 배터리의 생산도 가능하고 가격도 내려가서 가장 많이 사용 될 것 같습니다.

[리튬-이온 충전지 관리법]
1. 자주 충전해서 사용합니다.
메모리 효과가 없기 때문에 수시로 충전해서 완충상태로 사용하는 것이 효율적이고 좋습니다. 니켈 카드뮴이나 니켈 수소 충전지는 메모리 효과 때문에 완전 방전 후 완전 충전해서 사용하는 것이 좋지만, 리튬 이온 전지는 한번 완전 방전시 전체 수명의 15%가 줄어든다고 알려져 있습니다. 일부 휴대 전화 제조회사에서 리튬-이온 배터리를 처음 사용할 때, 완전 충 방전을 몇 회반복하라고 하는 것도 잘못 된 것입니다. 따라서, 가능하면 자주자주 충전해서 사용해야 합니다.
2. 리튬-이온은 과충전 되지 않습니다.
리튬-이온 충전기는 센서를 내장하고 있어서 전지의 전압에 의해 충전을 제어하므로 자주 충전하거나 오래 충전하여도 절대로 과충전이 되지 않습니다.

[메모리 효과(Memory Effect)]
사용자의 잘못된 배터리 사용 습관 때문에 배터리의 수명이 줄어드는 현상을 말합니다.
니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타납니다.
여기서 shallow charge-discharge를 반복을 하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고, 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비 가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 됩니다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과라고 합니다.

그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 조금쓰고 충전하고 조금쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과(표현이 정확하지 못할지도 몰라요)가 있습니다. 이러한 이유때문에 리튬이온전지가 Ni-계 전지보다 훨씬 비싼데도 더 수요가 늘어나고 사용자가 찾게되는 것 입니다.
리튬-이온 배터리는 완전방전을 할 경우 오히려 배터리의 수명이 줄어들기 때문에 절대 완전방전을 하지 말고 자주 충전해서 사용해야 합니다.
배터리의 용량이 줄어드는 현상을 막기 위해서는 배터리 관리(conditioning)를 해줘야 합니다.

[배터리 관리(conditioning)]
성능을 유지하기 위해서 니카드(Ni-cd) 배터리는 충전 때 마다 관리가 필요 합니다. 배터리 관리는 배터리가 거의 완전 방전될 때까지 사용하고 다시 충전하는 것을 말합니다. 그러나 일반인들이 배터리가 거의 방전되었는지 아닌지를 판단 하기가 쉽지 않습니다. 쉬운 방법은 전원을 계속 켜놓는 것인데 손전등을 이용하면 됩니다. 손전등의 전구가 가물가물 거릴 때 까지 켜두면 됩니다. 단, 전지가 완전히 방전되면 역 효과가 날수도 있으니 주의 해야 합니다.

요즘 시판되고 있는 충전기들은 방전을 위한 별도의 기능을 내장하고 있는 모델들이 있습니다. 충전 하면서 자동 혹은 수동으로 배터리 관리가 가능 하도록 되어 있습니다. 니카드배터리를 사용한다면 이러한 배터리 관리 기능이 있는 충전기를 선택하는 것이 좋습니다.

[일반 충전기 vs 급속 충전기]
일반 충전기는 충전 out put 전류가 낮기 때문에 충전 시간이 길지만, out put 전류가 높은 급속 충전기를 사용하면 충전 시간이 2~3시간으로 줄어듭니다. 그러면, 배터리의 용량과 충전기의 전류 양으로 충전시간 계산하는 방법을 알아보겠습니다.

>> 충전시간 계산법 : 배터리의 mAh ÷충전기의 mA = 충전시간( h )

즉, 배터리의 용량이 2000mAh이며 구입한 충전기기의 전류가 500mA일 경우 2000 ÷500 = 4시간이 소요됩니다. 하지만, 충전기의 오차를 고려하면 10% 정도 더 충전시켜야 합니다. 또, 니카드용 충전기에 니켈-수소 배터리를 충전하면 70% 정도만 충전이 됩니다.

[배터리 충전방법]
전압과 전류를 이용하여 충전 합니다.
충전배터리(Ni-cd,Ni-MH : 1.2V, 리튬이온 : 3.6V) 전압보다 높은 전압을 가함으로써, 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 하는 환경을 만드는 것입니다. 이런 환경에서 전류를 가함으로써 충전지는 충전을 하게 되는 것입니다. 완충전되었는지는 충전지 전압을 Check하여 중단하던가, 충전되는 전류량이 적게 되면 충전을 중단합니다.(비과학적이죠)

고가의 충전기는 자동방식으로 충전이 완료 되면 자동으로 충전차단을 하게 됩니다. 일반적인 충전기(저가)는 충전차단기능이 없습니다. 따라서 충전기 구입시 사용설명서를 보면 자세한 사항이 있어서 초보자라도 쉽게 충전 할수 있습니다.

전압과 전류가 1.2V/1000mAh 충전지를 충전할경우, 배터리제조회사는 다음과 같이 표준 충전을 권고 합니다.
물론 충전할 경우 충전지 자체 발열은 당연합니다. 1000mAh인 충전지는 용량의 1/10로 충전할 경우 배터리는 이상적으로 충전 됩니다. 즉, 매 100mA/h 충전기로 충전할경우 충전지는 완충전 됩니다. 그리고 주위온도가 충전시 영향을 주는데 상온(25도씨)에서는 1.42V 까지 충전이되고, 40도씨 에서는 1.32V 까지 충전됩니다. 저온일경우(0도씨) 1.56V까지 충전됩니다.

물론 이렇게 1.2V 전지를 완벽하게 충전 할려면 겨울에 실외에서 충전하면 가장 좋은 환경 상태가 됩니다. 또한 1.56V 까지 충전할려면 충전기 DC 출력이 1.8V 정도가 되어야 합니다. 충전은 보통 100% 가 완충전인데 충전지를 충전 시험한 결과 120% 충전할경우 최대 충전이 되고 시간이 더지나면 더이상 충전이 되지 않습니다.

1.2V/1000mAh 충전지는 DC 출력 전압이 100mAh인 충전기로 12시간 충전할 경우 가장 이상적인 완충전 배터리가 됩니다.

[배터리 충전시간 계산법]
충전시간 = 배터리용량 / 충전기 OUTPUT
예> 1.2V 1500mAh 배터리를 1.2V 300mA OUTPUT 충전기로 충전시 시간은?
1500 / 300 = 5시간 (실제로는 10% 더충전 시킬것 충전기의 약간오차 보상)

*특히 수소배터리는 전용충전기를 사용하여야 100% 충전이 가능함.
니카드(Ni-Cd) 충전기에 수소배터리(Ni-MH)를 충전시 70% 정도만 충전이 됨