배터리 셀 안정성 시험(Battery Cell Validation)이란 무엇이며, 왜 중요한가?

대부분 ‘배터리’ 하면 가정용 AA 배터리를 떠올리지만, 지금의 배터리는 이러한 단일 셀 AA부터 수백 개의 셀, 정교한 배터리 관리 시스템(battery management system)을 포함한 대형 어셈블리(assembly)까지 다양합니다. 제조업체가 여러 개의 셀을 포함하여 배터리를 생산하는 경우 각각의 개별 셀이 균형 잡힌 방식으로 작동하며 소모되는지, 그리고 셀마다 유사한 안전 특성을 갖고 있는지 확인해야 합니다. 그러지 않으면 배터리 팩이 조기에 고장나거나 안전 문제가 발생할 수 있습니다. 시험소에서는 이러한 개별 셀을 평가하기 위해 ‘셀 안정성 시험’을 진행합니다.

셀 안정성 시험은 다양한 셀의 품질과 성능, 배터리 팩(battery pack)이나 시스템 내에서의 호환성을 확인하여 안정성을 보장합니다. 대체적으로 대량 생산되는 리튬이온(lithium-ion) 셀과 고품질 셀은 일관적인 성능을 갖추고 있지만, 모든 셀이 특성과 성능 측면에서 동일하지는 않습니다. 셀 안정성 시험은 필요한 요건을 충족하는 셀을 선택하여 배터리 팩의 최적의 성능, 안전성 및 신뢰성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 셀 안전성 시험 과정에서는 각각의 배터리 셀에 대한 전기, 화학 및 물리적 특성을 평가하기 위해 다음과 같은 다양한 시험과 측정이 진행됩니다. 

  • 용량 시험(Capacity testing): 셀을 방전 및 충전하여 에너지 저장(energy storage) 용량을 측정하는 시험입니다. 에너지 저장 용량은 셀이 저장하고 전달할 수 있는 전하량을 의미합니다.
  • 전압 시험(Voltage testing): 셀의 성능과 안정성을 평가하기 위해 다양한 부하 조건에서 셀의 전압 동작을 모니터링하는 시험입니다.
  • 내부 저항 측정(Internal resistance measurement): 셀의 내부 저항을 측정하여 효율적인 전력 전달 능력을 확인하고, 발생할 수 있는 이상 현상과 변화를 확인합니다.
  • 수명 주기 시험(Cycle life testing): 반복적으로 충전 및 방전되는 과정을 통해 셀의 내구성과 수명을 평가하는 시험입니다. 수명 주기 시험은 셀의 성능이 크게 저하되기 전에 셀이 얼마나 많은 주기를 견딜 수 있는지를 확인하는 데 도움이 됩니다.
  • 안전성 시험(Safety testing): 안전성 시험은 고온이나 과충전과 같은 극한 조건에서 셀의 동작을 평가하기 위한 시험으로, 안전 표준을 충족하고 열 폭주(thermal runaway) 또는 기타 발생할 수 있는 위험한 상황을 완화합니다.
  • 환경 시험(Environmental testing): 셀의 온도 및 습도 변화를 확인하는 환경 스트레스 시험(environmental stress test)을 실시합니다. 다양한 작동 환경 조건에서 셀의 성능을 평가합니다

셀 안정성 시험은 특히 통신, 안전 또는 의료 기기와 같은 고위험 애플리케이션의 배터리 제조 및 조립 공정에서 매우 중요합니다. 배터리 성능은 배터리를 사용하는 기기 및 시스템의 기능과 수명에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. 따라서 셀의 품질이 좋지 않거나 품질의 편차가 클 경우 제품 수명이 단축되거나 전원 공급이 부족할 수 있으며, 때로는 위험한 제품 결함으로 이어질 수 있습니다.

에너지 저장(Energy Storage) 시장에 진출하는 많은 신규 제조업체들이 전 세계적으로 증가하고 있는 배터리 제품 수요를 충족시키는 과정에서 다양한 시행착오를 겪고 있습니다. 셀 안전성 시험은 셀 또는 배터리 팩의 성능을 보다 정확하게 확인하고, 현실적인 기대치를 설정하여 특정 요구 조건에 가장 적합한 배터리를 확인할 수 있습니다. 제조업체는 개별 셀의 안전을 시험하는 과정을 통해 유사한 특성을 지닌 셀을 선택 및 매칭하여 배터리 팩의 전반적인 성능과 효율을 최적화할 수 있습니다.

정밀한 작업이 필요한 셀 안정성 시험은 적절한 시험 방법을 선택하고 정확한 결과를 얻기 위해 올바른 전문 지식과 실무 경험을 갖춘 전문가들에 의해 진행되어야 합니다. 엘레멘트는 북미 지역에서 독보적인 배터리 시험 역량을 갖추고 있으며, 배터리 안전과 성능 및 남용 시험 등에서 전문성을 제공하고 있습니다.


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