배터리 테스트에서 온도 모니터링: 전압만큼 중요한 이유

아티클

2023년 7월 22일

온도는 전기화학적 반응 속도부터 전해질 점도, SEI 필름 안정성에 이르기까지 배터리 내부의 모든 프로세스에 영향을 미칩니다. 효과적인 배터리 테스트 및 유지 관리를 위해서는 온도 영향을 이해하는 것이 전제 조건입니다. 이 기사에서는 온도가 전압과 동일한 관심을 받을 가치가 있는 이유를 설명합니다.

온도가 배터리에 미치는 영향: 화학부터 사용 가능한 용량까지

온도는 배터리 성능에 포괄적인 영향을 미칩니다. 전기화학적 반응 속도, 전해질 점도, SEI 필름 안정성 등 거의 모든 내부 프로세스는 온도로 제어됩니다. 이러한 효과를 이해하는 것은 적절한 배터리 테스트 및 유지 관리를 위한 전제 조건입니다.

저온(0°C 이하)에서는 사용 가능한 용량이 크게 떨어집니다. 납산 배터리의 경우 0°C에서 사용 가능한 용량은 정격의 약 75%입니다. -10°C에서는 대략 50%; -20°C에서는 30%에 불과할 수도 있습니다. 이는 영구적인 손상이 아닙니다. 저온은 전해질 이온 전도도를 감소시키고 반응 속도를 늦추며 분극을 증가시켜 일시적으로 사용 가능한 용량을 감소시킵니다. 온도가 상승하면 용량이 회복됩니다. 그러나 저온에서 고전류 방전이 발생하면 잔류 용량이 남아 있어도 전압이 급격히 저하되어 장비가 정지될 수 있습니다.

고온(30°C 이상)에서는 사용 가능한 용량이 일시적으로 증가하지만(납산의 경우 10°C 상승마다 약 10%) 비용이 수명 저하를 가속화합니다. 25°C에서 납산 플로트 수명은 약 5~8년입니다. 10°C 상승할 때마다 남은 수명은 대략 절반으로 줄어듭니다. 35°C에서는 아마도 2~4년만 남게 됩니다. 이는 고온으로 인해 그리드 부식과 전해질 물 소비가 가속화되기 때문입니다. 리튬 이온 배터리도 마찬가지로 민감합니다. 고온은 SEI 필름 분해 및 전해질 산화를 가속화하여 용량 저하를 가속화하고 내부 저항이 급격히 상승합니다.

따라서 배터리 테스트에서 온도 모니터링의 가치는 다음과 같습니다. 서로 다른 온도에서 수행된 테스트 결과는 비교할 수 없습니다. 테스트 중 주변 온도를 기록하지 않으면 후속 분석을 통해 저항 변화가 노화를 반영하는지 아니면 단순한 온도 변화를 반영하는지 확인할 수 없습니다. 예를 들어, 겨울에 측정한 저항은 여름보다 높을 수 있는데, 이는 배터리의 노후화 때문이 아니라 날씨가 추웠기 때문입니다.

온도 보상: 계절에 따른 데이터 비교 가능

온도 보상은 배터리 테스트의 핵심 기술입니다. 그 목적은 서로 다른 시간에 측정된 데이터를 비교할 수 있도록 온도 영향을 제거하는 것입니다. 원리: 25°C를 기준 온도로 사용하고 기준과의 편차에 따라 결과를 수정합니다.

내부 저항 테스트의 경우 일반적인 보상 접근 방식은 기준에서 10°C 편차마다 납축 배터리의 경우 약 30%, 리튬 이온 배터리의 경우 15%씩 판독값을 조정하는 것입니다. 예를 들어, 10°C에서 50mΩ으로 측정된 내부 저항은 25°C 기준에서 약 35mΩ으로 수정됩니다. 이를 통해 겨울과 여름 판독값을 직접 비교할 수 있습니다.

전압 테스트의 경우 온도 보상도 마찬가지로 중요합니다. 배터리 개방 회로 전압도 온도에 따라 달라집니다. 납산의 경우 1°C당 약 3mV입니다. 보상이 없으면 5°C에서 측정된 12.6V와 35°C에서 측정된 12.6V는 10% 이상 차이가 나는 SOC 값에 해당할 수 있습니다.

PK59B에는 배터리 표면 및 주변 온도를 동시에 측정할 수 있는 표준 온도 센서가 내장된 온도 보상 기능이 포함되어 있습니다. 테스터는 사전 설정된 보상 곡선을 사용하여 판독값을 자동으로 수정하므로 수동 계산이 필요하지 않습니다. 실제로 이는 온도 변화로 인한 오진을 크게 줄여줍니다.

온도 이상: 저항보다 더 빠른 경고 신호

배터리 고장 과정에서는 내부 저항이 상승하거나 용량이 눈에 띄게 감소하기 전에 온도 이상이 나타나는 경우가 많습니다. 온도 이상 현상을 조기에 감지하면 많은 손실을 예방할 수 있습니다.

일반적인 온도 이상 패턴에는 다음이 포함됩니다. 충전 중에 스트링의 한 셀이 다른 셀보다 훨씬 더 뜨거워집니다(내부가 짧거나 심각한 황산화를 암시함). 플로트 충전 중에 전체 스트링이 지속적으로 따뜻해집니다(플로트 전압이 너무 높게 설정된 것으로 나타남). 방전 후 온도 회복 속도가 느림(과도한 내부 임피던스를 나타냄) 이러한 온도 이상 현상을 조기에 발견할 수 있다면 열 폭주 또는 용량 손실 등 치명적인 오류가 발생하기 전에 시정 조치를 취할 수 있습니다.

감지 방법은 장비 구성에 따라 다릅니다. 가장 간단한 접근 방식은 온도 기능이 있는 배터리 테스터(예: PK59B)로, 각 내부 저항 테스트와 함께 온도를 기록합니다. 더 발전된 기술은 각 셀에 센서가 있는 온라인 온도 모니터링 시스템으로, 데이터는 지속적으로 모니터링 호스트에 업로드됩니다. 대부분의 통신 및 UPS 현장에서는 내부 저항 테스트와 결합된 주기적인 온도 테스트만으로도 대부분의 온도 이상 현상을 파악하는 데 충분합니다.

온도 테스트를 위한 현장 실습 포인트

온도 테스트는 간단해 보이지만 주목할 만한 작동 세부 사항이 있습니다. 첫째, 측정할 위치입니다. 배터리 내부의 온도 분포는 균일하지 않습니다. 접촉 저항으로 인한 줄 가열로 인해 단자와 연결부가 본체보다 더 뜨거워집니다. 따라서 배터리 본체(쉘 중간)를 1차 기준으로 측정하고 단자 온도를 2차 기준으로 측정합니다. 단자 온도가 체온을 10°C 이상 초과하면 연결이 느슨해져서 조여야 할 수 있습니다.

둘째: 측정 시기. 배터리 온도는 충전 중이나 방전 중에도 상승하며, 정지 상태에서는 점차 주변 온도로 돌아갑니다. 테스트 간 비교를 위해 테스트 주기의 일관된 지점(예: 항상 안정적인 플로트 충전 중 또는 항상 방전 종료 시)의 온도를 기록합니다. 측정 지점이 다양하면 온도 데이터를 분석하기가 어려워집니다.

셋째, 해석하는 방법. 단일 온도 판독값은 측정 순간만 반영하며 주변 온도와 비교해야 합니다. 배터리 본체 온도가 주변 온도를 5°C 이상 초과하면 절대 온도가 여전히 낮더라도 비정상적인 내부 발열이 발생하는 것입니다. 스트링 내의 셀 온도가 3°C 이상 변하면 셀 불일치가 발생합니다.

실용적인 조언: 배터리 상태 평가에 온도 통합

유지 관리 팀의 경우 온도 테스트를 기존 배터리 유지 관리 절차에 통합합니다. PK59A를 보유한 팀은 온도 보충 장치로 적외선 온도계를 추가할 수 있습니다. PK59B를 사용하는 팀은 표준 센서를 직접 사용합니다. 도구에 관계없이 핵심은 모든 테스트와 함께 온도를 기록하는 것입니다.

주변 온도 변화가 심한 지역(열대 지역, 사계절이 뚜렷한 온대 지역)에 거주하는 구매자의 경우 온도 테스트 기능이 있는 모델(PK59B)을 우선적으로 선택하십시오. 누락된 온도 데이터는 테스트 결과의 분석 가능성을 크게 감소시킵니다. 테스트에 동일한 시간과 노력을 투자할 수 있지만 온도 상황 없이는 결과가 정상적인지 여부를 확인할 수 없습니다.

앞으로 배터리 유지 관리는 데이터 분석을 통해 내부 저항, 전압, 온도, 충방전 이력, 환경 조건을 결합하여 복합 배터리 상태 점수를 생성하는 다중 매개변수 종합 평가로 발전하고 있습니다. 온도는 이 시스템에서 없어서는 안 될 매개변수입니다. View the Battery Test Instruments Collection