전기자전거 배터리 충전 시 저전류를 사용해야 하는 이유, 충전 방법

전기자전거는 현대인들의 이동 수단으로 점점 더 인기를 끌고 있습니다. 특히, 전기자전거의 핵심 부품인 배터리는 그 성능과 수명에 큰 영향을 미치기 때문에 올바른 충전 방법을 아는 것이 중요합니다. 오늘은 전기자전거 배터리 충전 방법과 저전류 충전의 필요성에 대해 알아보겠습니다. 

 

 

저전류 충전이 필요한 이유

 

보통 전기자전거 배터리의 전압은 36V와 48V가 양대 산맥을 이루고 있습니다. 일반적으로 18650 리튬이온 전지 혹은 21700 리튬이온 전지를 직렬과 병렬을 조합하여 배터리팩을 만들어 사용합니다. 전압에 따른 차이점은 나중에 설명하기로 하고 지금은 충전 시 전류에 대하여 먼저 말씀드리겠습니다.

 

저전류 충전은 배터리의 수명을 늘리는 데 큰 도움이 됩니다. 그 이유는 고전류로 충전할 경우 배터리 내부의 화학반응이 급격하게 일어나면서 열이 발생하게 됩니다. 이 열은 배터리의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 수명도 단축시킬 수 있습니다. 따라서, 저전류로 충전하면 리튬이온 화학반응을 서서히 진행시켜 배터리의 온도를 낮추고, 안정적인 충전을 도와줍니다.

 

• 배터리 수명 연장:
  • 높은 전류로 빠르게 충전하면 배터리 내부에 급격한 화학반응으로 배터리 내부 온도가 상승하고, 이는 배터리 성능 저하와 수명 단축
  • 저전류로 충전하면 배터리에 가해지는 스트레스를 줄여 배터리 수명이 증가
• 배터리 안전:
  • 높은 전류는 배터리 내부 단락이나 폭발의 위험을 높임.
  • 저전류 충전은 이러한 위험을 줄여 안전하게 배터리를 충전가능.
• 배터리 관리 시스템(BMS) 보호:
  • BMS는 배터리를 관리하는 중요한 역할을 하며, 높은 전류는 BMS에 부담을 주어 고장의 원인
  • 저전류 충전은 BMS를 보호하여 배터리를 안정적으로 관리

 

저전류 충전 방법

• 2A 충전기 사용:
  • 전기자전거에 포함된 충전기는 일반적으로 배터리를 안전하게 충전할 수 있도록 설계되어 있는데요. 대체로 5Ah~10Ah의 배터리는 2A 이하의 충전기로 충전하는 것이 좋습니다.
  • 충전기를 미리 콘센트에 꼽아 충전기의 전압을 배터리의 전압과 비슷하게 맞춘 후 연결해야 스파크가 튀지 않습니다.
  • 필자의 경험으론 20A 이상의 배터리는 5A 충전기를 사용해도 무리가 없었습니다.
  • KC인증 마크가 있는 충전기를 사용
  • 좀더 비싼 충전 종지 기능이 있는 충전기를 사용하면 한층 더 안전
• 충전 시간:
  • 저전류 충전은 충전 시간이 오래 걸릴 수 있는데, 10Ah의 배터리를 2A의 충전기로 충전할 시 이론적으로는 5시간이 걸리게 되지만 실제로는 그보다 좀 더 시간이 걸립니다. 그 이유는 배터리가 거의 충전이 완료될 즈음에는 굉장히 작은 전류량으로 충전되면서 배터리의 셀간 벨런싱이 이루어지지는 시간이 소요되기 때문입니다.

• 주변 온도:
  • 너무 춥거나 뜨거운 환경에서 충전하는 것은 배터리에 좋지 않습니다. 실내온도에서 충전하시면 안전합니다.

 

추가적으로 알아두면 좋은 정보

자신이 사용하는 배터리의 종류를 알아두면 좋습니다. 방전특성이 가장 중요한데요. 고방전, 중방전, 저방전 리튬이온배터리가 있습니다. 고방전 배터리가 더 비싸고 일반적으로 수명이 깁니다. 고방전 18650의 대표는 LG hg2 가 있고요. 중방전은 MH1등이 있습니다.

 

 

충전 습관:

• 배터리를 완전히 방전시킨 후 충전하는 것은 배터리 수명에 좋지 않습니다.
• 배터리 잔량이 20% 이하로 떨어지기 전에 충전하는 것이 좋습니다. 배터리를 풀 방전까지 사용하게 되면 충전 시 셀간 밸런스가 틀어질 확률이 높아집니다. 왜냐하면 각 셀별로 완충 전 용량이나 충전 특성이 조금씩 차이가 나게 되는데, 풀방전을 시키게 되면 충전 시 어떤 셀은 완전 충전 되고 어떤 셀은 조금 부족하게 충전되는 현상이 생길 수 있기 때문입니다.
• 그래서 필자는 배터리 절반 정도 사용 후 충전하고 있습니다. 필자처럼 사용하면 배터리 수명은 5년 이상 10년까지도 충분히 사용할 수 있습니다.

사용습관:

배터리가 낼 수 있는 방전량의 절반 이하로 사용한다. 배터리 스펙을 보면 표준 연속 방전량과 최대 방전량이 표시되어 있습니다. 배터리를 계속 최대 방전량으로 사용하면 배터리 수명에 절대적으로 좋지 않습니다. 그래서 고방전 배터리를 저방전 모터에 사용하면 고장 없이 오래도록 사용하는데 유리합니다.

 

 

예를 들면. 48V이고 10Ah인 배터리는 480Wh 용량입니다. 이 배터리의 1C 방전은 480W인데요. 배터리 팩을 13S4P로 만들었다면 리튬이온 2500mA 배터리를 13개를 직렬, 4개를 병렬로 연결한 것입니다.

 

각 개별 배터리의 표준 방전량이 0.5C 일 경우 전체 표준 방전량은 2C가 됩니다. 이 배터리는 용량은 480Wh이지만 960W 모터에도 충분히 사용할 수 있는 배터리입니다. 하지만 480W 이하로 사용한다면 표준 방전량의 절반으로 사용하는 것이기 때문에 배터리 수명에 큰 도움이 됩니다.

 

특히 겨울철에는 온도가 낮아지기 때문에 배터리 방전효율이 나빠지게 됩니다. 겨울에는 더욱 낮은 와트로 출력을 사용하는 게 배터리 수명이 도움이 됩니다. 0.5C가 아닌 더 낮은 0.25C 정도만 사용하는 것이 좋습니다. 위에 예시로 본다면 240W의 출력을 사용한다는 뜻이죠.

 

240W의 출력으로는 일반적인 자전거를 평지 25km/s의 속도로 달릴 수 있는 정도의 힘입니다. 물론 여러 가지 무게와 변수에 따라 다르지만 겨울에는 이 정도의 낮은 출력을 사용하여 천천히 달리는 것이 안전한 라이딩에도 도움이 될 것입니다.