배터리의 수명특성

 배터리의 수명특성을 자세히 살펴보면 4가지 특성으로 정리할 수 있다.

1. 방전심도(DOD)별 특성

방전심도는 방전의 깊이를 의미하며, SOC운전영역이라고 할 수 있다.

예를 들어 SOC 80%에서 SOC50%까지 사용한다고 하면 DOD 30%이라고 말할 수 있다.

통상 양 극단의 SOC(10%이하, 90%이상)에서의 사이클이 배터리 수명을 빠르게 단축시키는 경향이 있으므로, 방전심도가 깊은 경우 배터리의 수명에 악영향을 끼치게 된다.

배터리 제작에 사용되는 소재의 특성에 따라서도 달라질 수 있는데 양 극단이 아닌 특정 SOC영역에서 수명 감소율이 큰 경향성을 보이기도 한다.

리튬이온 배터리의 샘플 셀의 SOC영역(DOD)에 따른 수명특징을 살펴보면 1) DOD가 적을수록, 2) SOC운전구간이 낮거나 중간 영역일때 수명 감소율이 작다는 것을 알 수 있다.

2. 충방전률(C-rate)별 특성

일반적으로 충방전률이 낮을수록 수명 감소율이 작고, 특히 방전 C-rate보다는 충전 C-rate에 많은 영향을 받는다. 배터리의 효율을 살펴보면 일반적인 리튬배터리 효율을 95%로 보았을 때 충방전률이 높으면 점차 효율이 감소하며, 열화가 됨에 따라 더욱 감소하는 경향성이 있다.

3. 온도별 특성

일반적으로 상온에서 운전하는 것이 수명 감소율이 가장 작고, 극저온 똔느 고온에서 사용했을 때 수명 열홛도가 커진다. 효율측면에서는 온도가 높을수록 활성도가 높아지기 때문에 내부 저항은 감소하고 효율은 높아지게 된다. 반면에 온도가 낮아질수록 내부저항은 커지고 극저온에서는 급격하게 증가하여 효율뿐 아니라 가용 에너지에도 많은 영향을 미쳐 활용시 제한을 받는다.

4. SOC별 저장 특성

일반적으로 리튬이온 배터리는 충전 후 자연방전율은 매우 적다. 즉, 일정 이상 충전하여 오랜 시간 저장 후 다시 사용할 시에도 충전에너지 대부분을 사용 가능하다. 하지만 충전율에 따라 저장시간에 따라 수명에 영향을 주게 된다. 보통 SOC를 높게 충전해서 저장할 경우, 낮게 충전해서 저장하는 경우보다 수명영향도가 높다.

SOC가 높은 경우 시간이 지남에 따른 SOH(%)가 줄어드는 변화폭이 크다. 반면에 SOC가 낮은 경우, 시간이 지남에 따른 SOH(%)가 줄어드는 변화폭이 작다.