니켈수소전지 니켈 수소 배터리 충전 및 사용법 How to charge a NiMH battery

약칭 NiMH 또는 Ni-MH로도 불리는 니켈 수소전지는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지의 카드뮴(Cd)을 금속수소화물(Metal Hydride)로 대체하여 중금속 오염을 개선한 배터리이다. 일반적으로 니켈-카드뮴보다 무겁지만 에너지 밀도가 커서 통상 같은 크기의 NiCd배터리보다 2~3배의 용량을 가질 수 있다. 이는 리튬이온배터리에 근접한 수치이다. 공칭전압은 1.2v

NiMH 셀은 내부 저항이 낮아 순간적으로 고전류를 흘릴 수 있기 때문에 디지털 카메라와 같이 순간 소비전력이 많은 장치에 자주 사용되며 1회용인 알카라인 배터리보다 성능이 뛰어나다. 알카라인배터리는 방전율이 높지 않아서 순간적으로 전기를 뽑아 쓰게 되면 표시된 용량을 다 쓰지 못하고 열손실 등이 많이 발생하게 된다.

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에네루프 NiMH배터리 사진

[충전]

충전 전압은 셀당 1.4~1.6v이다. 일반적으로 정전압 충전 방식은 자동충전 시 사용할 수 없다. 급속충전시에는 전용 충전기를 이용하여야 과충전을 방지하여 배터리 손상을 예방할 수 있다.

[트리클 충전] 

완충상태를 유지하기 위하여 전지에 나쁜 영향을 주지 않는 범위에서 미세한 전류를 흘려 연속 충전하는 것. 보상충전, 세류충전이라고도 한다. 이 충전이 필요한 이유는 정전이 된 비상시에만 켜져야 하는 비상등이나 비상전원장치 등이 있다. 일부 충전기에는 충전이 완료된 후 이 모드에 진입하여 자연방전을 방지해주기도 한다.

안전한 충전 방법 중 가장 간단한 것은 타이머가 있든 없든 고정된 저전류를 사용하는 것이다. 대부분의 제조업체는 0.1C(C/10) 미만의 매우 낮은 전류에서 충전을 추천한다. 여기서 C는 배터리의 용량을 1시간으로 나눈 전류이다. 예를들어 2000mah 용량의 배터리가 있다면 C=2000ma이고 0.1C는 200ma=0.2A가 되는 것이다. 트리클 충전 전류는 제조업체에 따라 1/30C, 1/40C 등 권장사항이 다른 편이다.

[ΔV 델타볼트]

급속충전기는 셀 손상을 방지하기 위해 과충전이 발생하기 전에 충전 주기를 종료해야 하는데 이 때 전압의 변화를 감지하여 이 역할을 수행한다. 배터리가 완전히 충전되면 단자의 전압이 약간 떨어지는데 충전기는 이것을 감지하고 충전을 중지할 수 있다. 이 방법은 최대 충전 시 큰 전압 강하를 나타내는 니켈-카드뮴 전지에 자주 사용된다. 그러나 NiMH의 경우 전압 강하가 훨씬 덜하며 낮은 충전 속도에서는 존재하지 않을 수 있으므로 이 접근법은 신뢰성이 떨어진다.

[ΔT 델타티, 델타템퍼러쳐]

온도변화법은 원칙적으로 ΔV법과 유사하다. 셀이 완전히 충전되지 않을 때 충전 에너지의 대부분은 화학 에너지로 전환된다. 그러나 전지가 최대 충전에 도달하면, 대부분의 충전 에너지는 열로 변환된다. 이를 열감지 센서로 감지하여 충전 종료 시점을 판단한다. ΔT와 ΔV 충전 방법 모두 급속 충전 후에는 트리클 충전을 권장한다.

[용량 손실]

반복적인 부분 방전으로 인한 전압 강하가 발생할 수 있지만, 몇 번의 완전 방전/충전 사이클로 되살릴 수 있다.

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[방전, 과방전]

완전 충전된 셀은 시작전압이 약 1.4V이며 방전 중에 평균 1.25V/셀을 유지한다. 전압은 사용함에 따라 점차적으로 감소하여 약 1.0–1.1V/셀로 감소하는데 그 이상 사용하게 되면 다중 셀배터리에서 극성 반전이 발생하여 영구적인 손상을 가져올 수 있다. 이게 무슨 말이냐하면 카메라 같은 곳에 니켈수소전지를 4개든 몇개든 직렬연결하여 사용했을 때 과도하게 방전시키면 배터리가 망가진다는 것이다. 그래서 대부분의 전자장치에는 nimh배터리의 파손을 막기 위해 저전압 방지 회로가 있지만 완구류에는 없는 것도 있으니 주의가 필요하다.

[자기방전 self discharge]

자기방전률이 높은 편이던 니켈수소전지는 점차 개선되어 브랜드나 상품별로 다르겠지만 20도 환경에서 1년 보관시 약 80%의 용량을 유지한다고 한다. 

 

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