충전지의 원리가 뭐죠?

[로타리.]

전지에는 우리가 흔히 1회용으로 사용하고 버리는 알카리전지, 수은전지등의 1차전지, 재충전이 가능하여 반복 사용할 수 있는 니카드전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 등의 2차전지로 나눌 수 있습니다.


이들은 모두 화학전지로서, 전지내부의 반응물질의 이온화 특성을 이용하여 반응물질에 에너지를 가하면 친화되기 쉬운 극성으로 이온화되어 양·음극의 극성을 띄고 있다가 필요시 전기적 에너지 로 변환하여 사용하는 것으로 이러한 반응이 비가역적인 것을 1차전지, 가역적인 것을 2차전지로 구분하며, 흔히 전자를 건전지, 후자를 축전지(또는 충전지)라고 부르고 있습니다.

축전지는 자동차에서 주로 사용하는 납축전지, 가전용으로 사용하는 니카드전지, 니켈수소전지 등으로 발전해왔으며, 휴대폰에서는 고효율 무공해의 리튬이온 전지를 사용하고 있으나 최근에는 휴대폰의 안전성 및 소형 경량화를 위해 리튬포리머 전지를 사용하는 업체가 늘어나고 있습니다.

리튬이온전지는 활성물질로 양극에 리튬이온및 코발트, 모리브덴등 특정의 금속군과 산소로 결합된 화합물에 집전체로 알미늄박을, 음극에는 탄소 질 재료에 집전체로 동박을 사용하고, 전해액으로 리튬염을 용해한 비프로톤성 유기용매를 이용해 리튬이온이 양극과 음극을 왕복할 수 있도록 한 것으로 양음 양극에서 전자의 산화, 환원반응을 일으켜 충·방전 효과를 얻을 수 있습니다.

충전시에는 충전기로부터 음극의 탄소재질에 공급된 전자에 의해 양극에서 음극으로 이동한 리튬 이온이 안정화되어 에너지를 갖게 되고, 방전시에는 음극으로부터 양극으로 리늄이온이 되돌아가면서 외부회로에 전류가 흐르며 에너지를 잃게 된다. 리튬포리머 전지의 기본적 원리는 리튬이온 전지와 같으나 액상의 전해액을 고분자화하여 포리머 상태로 결합하여 전해액이 분해되어 발생하는 가스, 누액을 방지함으로써 더욱 안정화되고 높은 에너지 밀도를 갖는 것을 특징으로 합니다.


충전방법 및 유의사항


축전지의 충전은 전지의 음극에 전자를 가 함으로써 얻을 수 있는데 통상 정전압으로 제어된 DC 성분을 인가하여 인가전압과 전지내부전압 차이에 의해 전류가 흘러 전자를 공급함으로써 충전을 합니다. 전지의 공칭단위인 셀(C로표기)당 인가전압이 정해져 있으며, 통상 휴대폰용 리튬이온전지 및 리튬 포리머 전지는 1셀당(정격3.6V) 4.2V로 엄격히 제한된 정전압을 인가해야합니다. 단셀당 4.5이상을 인가 하게되면 전해액이 분해되어 가스가 발생하고 압력 개방변이 동작하면서 누액이 일어나고 심하면 폭발의 위험성을 가지고 있습니다.

또 단셀당 1.5V이하의 과방전 상태에서는 음극의 집전체인 동이 전해액에 녹기 시작하여 전지성능이 떨어지기 시작하므로 충·방전영역을 규제하기 위하여 우리가 구입하는 배터리에는 보호회로를 부착하여 출하되고 있습니다. 보호회로에는 4.35V이상에서 충전전류정지, 2.3V이하에서는 방전전류정지, 출력단자 단락시 방전전류 정지 기능을 가지고 있습니다.

충전전류는 0.1C에서 1.5C까지의 범위에서 가능하며 550mAh의 리튬이온 밧데리의 경우 (1C=550mAh) 600-700mA의 제한된 전류로 충전을 하게 되며 급속충전을 위해 충전전류를 높이면 충전온도 상승등에 의해 충방전사이클(통상300회)에 영향을 주어 전지수명에 나쁜 영향을 주게 됩니다.

충전회로는 축전지의 전기적, 화학적 특성을 완전히 이해하고 배터리의 수명 및 성능에 악영향을 미치지 않는 범위에서 최대한 빠른 시간에 안정적으로 충전시키는데 그 목적이 있다. 시중에서 유통되고있는 일부 충전기들의 면면을 살펴보면 기술적으로 조잡한 품질의 제품은 물론 회로가격에 얽매어 배터리 내부의 안전회로가 동작하건 말건, 규정된 전압 및 전류를 무시한 제품들이 유통되고 있습니다.

이러한 제품을 사용하다보면 소비자도 모르게 배터리의 수명을 저하시킬뿐만 아니라. 최악의 경우 휴대폰에도 영향을 주어 휴대폰 회로를 태워버리는 경우도 비일비재해서 휴대폰 A/S센터에 문의를 했을경우 가장 먼저 물어보는 것이 정품의 충전기 및 핸즈프리를 사용하였느냐 하는 것입니다.

이러한 제품을 만드는 회사도 문제이지만 소비자 또한 이상과 같은 내용을 염두에두고 현명한 선택을 할 수 있도록 준비하는 것이 좋습니다.



2. 충전기의 종류



우리 주위에서 편히 사용할 수 있는 전원으로는 가정용(사무실) AC전원과 차량내의 DC전원이 있는데 주로 취급하기 편한 관계로 이러한 전원을 이용해서 충전을 행하게 됩니다.
가정용 AC전원을 AC에서 DC로 1차 변환 강압하여 DC10-20V로 만든 후 다시 충전에 필요한 전압인 4.2V로 DC-DC변환하고 소정의 전류를 마이크로 프로세서를 이용하여 제어하면서 흘려주는 장치가 휴대폰을 구입하면 같이 따라오는 가정용 충전기입니다. 가정용 충전기는 마이크로 프로세서를 사용하여 배터리의 종류 및 용량을 인식하고 적정한 전류를 제어 할 수 있으므로 급속충전 및 안전 충전효과를 기대할 수 있으나 휴대폰 요금에 충전기 가격이 포함 되어있어 우리가 인식하지 못할 뿐 상당히 고가품인 단점을 가지고 있으며 휴대가 불편하고 설치장소도 제한되어 있어 사용상 불편한 단점을 가지고 있습니다.
이러한 단점을 보완하기 위해 차량내의 시가잭 DC전원을 이용하여 DC-DC변환회로 및 전류 제어 회로를 탑재한 것이 차량용 충전기로 거치방법상 거치대형 충전기 및 시가세이버형 충전기로 구분되나 충전 방식은 거의 비슷한 과정으로 충전을 행하며 가격 또한 저렴한 편입니다.

또, 통상 핸즈프리장치에도 충전회로를 부가하여 충전기능을 수행하고 있으며 방법은 DC-DC 변환 충전방식을 사용하고 있다. 이외에 차량 및 가정, 사무실 어디에서나 충전할 수 있도록 고안된 여행용 충전기(AC/C겸용충전기)도 시중에서 인기를 얻고 있습니다.

마지막으로 최근에는 컴팩트한 사이즈로 주머니에 넣고다니면서 컴퓨터이나 노트북의 USB 포트를 이용하여 충전을 할 수 있는 USB 충전기가 시판하여 좋은 반응을 얻고 있습니다. 특히 코리아 아피스의 USB 충전기는 안정적이면서도 초고속 충전을 지원하여 성능이 가장 뛰어난 USB 충전기로 평가받고 있습니다.