[펌글] 리튬 폴리머 전지의 폭발문제

[홍석진(심포니)]

아래 플라이팬님이 올려주신 자료의 링크들을 돌아다니다

리튬 폴리머배터리의 폭발성위험을 알려주는 글이 있어서

저희 전동헬기 카페에 많은도움이 될것같아 이렇게 올려봄니다

아래글중 눈에 띄는점은

RC 전용으로 폴리머 전지를 만드는 회사는 단 한군데도 없습니다

라는 구절이군요 이걸 어떻게 받아들여야할지....

########################################

펌글입니다...

 앞으로 전동재기를 사용할 분도 계시고 기존에 폴리머을 사용하는 분들이 계십니다...

아주 중요한 내용이므로, 반드시 숙지하세요... 중요!! 중요!!

#######################################

최근 리튬 폴리머 전지들이 많이 사용됨에 따라 폭발 문제가 핫 이슈로 등장하는군요.
직업상 리튬 전지를 많이 취급하는지라 이에 도움이 될까 해서 얄팍한 지식임에도 불구하고
몇 자 적어 봅니다.
얼마 전 뉴스에서 휴대폰용 리튬 이온 및 폴리머 전지가 터졌다고 '요란뻑쩍' 난리를 치더군요.
흘...사실 RC 쪽에서 사용 하는 Li-Po 전지는 일반 휴대폰용 전지에 비해 몇 십 배, 몇 백배나
터질 확율이 높다고 감히 '자신있게' 이야기 할 수 있겠습니다.--;
그 이유는 첫번째로...
제조사에서 허용하는 최대 방전율을 훨씬 상회하는 수준에서 배터리가 사용되는 것이
대부분이기 때문이고
(폴리머 전지 설계하는 R&D 친구들에게 8C 방전입네 10C 방전입네
이야기하면 이 친구들 기절합니다.--;)
사실 RC 전용으로 폴리머 전지를 만드는 회사는 단 한군데도 없습니다.
만일 RC전용으로 만들었다면...폭발 문제는 모두 제조사에서 책임을 져야 맞는 말이 되겠지요.
특히 미국 같은 동네는 PL과 UL이 상상을 초월하는 나라이기 때문에...
"옷 입은 채로 다리미를 사용하지 말라" 라는 경고 문구를 붙이는 나라는 미국 밖에 없다는
우스개 소리도 있습니다.^^;
참고로 최근 UL Regulation에서는 PCM Protection Circuit을 장착하지 않은 리튬 폴리머 팩은
"폭탄(Explosive Stuff)"으로 간주한다고도 하는군요.
둘째로는 폴리머 전지의 아킬레스 건이라고 할 수 있는 과충전 문제입니다.
폴리머 전지는 허용 전압까지만 충전을 하면 아무 문제가 없겠지만 만일 허용전압이 초과되면
에탄올 계열의 전해질이 기화가 되면서 산소와 접촉시 거의 테르밋 반응에 가까운 맹렬한
화염이 발생하기 때문입니다.
참고로 리튬 계열의 전지(망간 전지 포함)는 만충전 전압이 4.2V가 기준입니다.
여기서 제조사에 따라 조금씩 틀리지만 보통 최대 4.25V까지는 Tolerance를 가지도록 설계되는
경우가 많습니다.
이 경우 인가 전압이 4.25V를 넘어서면, 가스가 발생하게 됩니다.
흔히 "빵빵하게 부푼다" 라는 것은 알루미늄 파우치 내에 증기압이 차 있는 것이고 파우치가
버틸 수 있는 압력을 넘어서면 파우치가 찢어지면서 산소와 리튬 이온이 LiO2로 산화되면서
급격한 발열 반응을 하는 것입니다.
따라서 일반적인 폭발의 개념 보다는 발열반응으로 보는 것이 정확합니다.
다만 그 발열 반응이 '장난이 아닌' 것이 문제가 되겠지만...--;
일반적으로 지나친 과방전으로 파우치가 부풀어 오르는 것 보다는 과충전으로 인해
부푸는 것이 훨씬 더 위험합니다.
세번째는 흔히들 우리가 말하는 Pack(팩)이라는 개념이 범용적인 목적이 아니라는 것입니다.
대부분의 소형 리튬 폴리머 전지는 1S 또는 2S(7.4V)를 기준으로 설계된 것입니다.
2S 이상의 폴리머 팩은 과방전을 반복하게 되면 최외각의 Cell과 가운데 낑겨(--;) 있는
Cell과의 온도 구배에 따른 Aging(배터리 노화)이 시간이 지날 수록 차이가 나게 됩니다.
보통 Unbalance State라고도 하는데 출하시 동일한 전압을 가진 상태로 팩을 하더라도
Aging이 진행됨에 따라 팩 내의 개별 Cell들의 전압은 조금씩 편차가 생깁니다.
이 편차가 1.5V이상 차이가 나게 되면 만 충전시 전압이 높은 Cell은 부풀어 오를
가능성이 대단히 높습니다.
극단적인 경우 3S를 예로, 가운데 Cell은 과열로 인해 배터리가 많이 손상되고 더 이상
충전을 하더라도 전압이 올라가지 못하는 '맛이 가버린' Cell로 변할 수가 있습니다.
이 경우 팩 자체는 3S 이지만 가운데 Cell은 로드를 가하더라도 전류를 받아들이지 못하므로
실질적으로 2S와 같은 State가 될 수 있습니다.
이 배터리를 충전하면 어떻게 될까요?
아직 이론적으로는 검증되지 못했지만 이 배터리는
2S처럼 동작합니다.
따라서 충전기를 3S로 세팅하고 충전하게 되면 가운데 배터리는 겉은 멀쩡한데 손상이 간
배터리라 충전이 되지 않고 외각의 양쪽 Cell은 과부하를 받으므로 100퍼센트 부풀어 오르게
됩니다.
분명히 제대로 Setting을 했는데 배터리가 부풀어 오르거나 터진다면 이 문제일 가능성이
높다고 할 수 있겠습니다.
따라서 최근 몇몇 업체에서는 전지의 폭발과 관련해서 몇 가지 안전장치를 내놓고 있는
것으로 보입니다.
아직까지는 완전한 솔루션은 아니고 과도기적인 제품이라고 할 수 있겠습니다.
중, 대형 헬기용 폴리머 팩을 만들어 절찬리에(?) 팔아먹고 있는 미국의 썬더X워와
같은 제조사에선 최근 Cell들의 전압 불균형 문제를 해결하고자 Voltage/Current Balancer와
같은 악세서리들을 출시하고 있습니다.
특히 전압 밸런서는 4S(14.8V)이상 팩을 만들어 쓸 경우에 매우 중요한 문제가 될 수 있습니다.
단, 1개의 Cell이라도 손상이 가게 되면 충전시 나머지 Cell들이 모두 부풀어 못쓰게 될
확률이 높기 때문입니다.
소형 4S 미만의 소형 Cell을 사용할 경우 반드시 외장형 보호회로를 충전시 같이 사용하는 것이
배터리의 폭발 문제를 현저하게 줄일 수 있는 방편이라 할 수 있겠습니다.
일명 Safety Guard라 불리는 PCM Protection Circuit은 이미 몇몇 회사에서 출시되고 있으므로
필히 사용하시는 것이 배터리 폭발을 현저하게 줄일 수(100% 방지는 않됩니다.--;) 있는
하나의 방법입니다.
원래 이런 디바이스들은 안정성 예방 차원에서 무상으로 공급해야 되겠지만 아직까지는 재정적
문제 때문인지 유상으로 공급되고 있습니다.
---------------------------------------------------------------------------------------
누군가의 참 적절한 표현을 하더군요.
- 폴리머 전지는 "복어의 독" 과도 같다 -
참으로 맛은 있지만....잘못 먹으면 '단' 한방에 인생을 졸업해야 하는 복어의 독...--;
참고로 미국의 유명한 전지회사에서는 배터리 포장지에 다음과 같은 문구가 써 있습니다.
"리튬 전지는 잘못 사용하게 되면 당신과 당신의 사랑하는 가족, 그리고 이웃을 하루 아침에
모두 잃을 수 있습니다."

[가람준(이용준)]

좋은 자료입니다. 전동RC하시는 분들은 필히 이런 주의사항을 알아야 한다고 생각합니다.

[T-Rex Only!]

아이고 미치겠네...내가 쓴 글이 어떻게 여기까지 흘러왔지?....T_T;;;;

[루미녹스]

좋은글 같습니다.. 잘읽었습니다.. ^^

[눈사람]

그래서 폭발 했나요 복어를 먹어보신 분은 복어가 독이 있어? 하실겁니다. 잘쓰시면 된다고 생각 합니다. 물론 안전이제일이지만 그러면 엔진헬기 해야죠 ~~~~ 자동차 타는 거랑 똑 같읍니다 휘발유 불 잘 붙죠 그걸 가듣 싫고 다니는 자동차 위험해서 누가 끌고 다닐까요

[눈사람]

그리고 전ㄷ알씨 사장님 발란서 싸게 좀 파세요^^ 이런글 안올라오게~~~ 100원쯤 하는 발란서 없나?

[열이]

셀발란스는 우리나라에서 매니아들이 제일 많이 쓰지요. 저도 사용하고 있지만... 돈이 넘 아까워요.