리튬이온 배터리 수명 늘리기 - lityum-ion baeteoli sumyeong neulligi

핸드폰의 수명은 배터리에 좌우되는 경우가 많습니다. 하나의 100만 원이 넘는 핸드폰을 2~3년 주기로 매번 바꾸기 부담스럽지 않으시나요? 그렇다고 배터리만 교체하기도 번거롭고 비용도 무시 못하죠. 오늘은 핸드폰 배터리 수명 늘리기 위한 방법을 알아보겠습니다. 

배터리 수명 연장을 위한 충전방법

1. 완전 방전은 금물

예전에 핸드폰을 오래 쓰려면 완전히 방전시킨 상태에서 충전하라는 말이 있었죠. 근데 정말 아주 오래전 배터리에나 적용되는 얘기입니다. 

요새 나오는 리튬이온 배터리는 완전 방전될 경우 배터리 수명에 나쁜 영향을 줍니다. 따라서 배터리가 방전되기 전에 미리 충전을 해두는 것이 배터리 성능에 훨씬 도움이 됩니다.

2. 충전 상태 60~80% 유지

배터리 잔량을 60~80%로 유지시키는 게 배터리 성능이나 수명에 가장 이상적이라고 합니다. 그런데 사실 평소에 이렇게 디테일하게 관리하기가 쉽지는 않겠죠? 

그렇다면 적어도 100% 충전이 됐을 때는 충전을 멈추는 정도는 해야 합니다. 자는 동안 핸드폰 충전기에 꼽아 놓으시는 분들 많을 것 같은데요, 배터리에 그렇게 좋은 행동은 아닙니다.

참고로  'AccuBattery' 와 같은 어플을 이용하면 충전상태를 적정 상태로 유지하는데 도움을 받을 수 있습니다.

3. 정식 충전기 이용

처음에 받은 충전기를 분실하거나, 고장이 난 경우 다른 충전기를 살 수 있습니다. 그런데 이때 온라인에서 별생각 없이 최저가만 찾는다면 낭패를 보실 수 있습니다.

싸구려 중국산을 비롯해 불량 충전기들이 제법 많습니다. 그런 불안정한 충전기들을 이용하면 배터리에도 좋지 않고요, 어차피 다시 충전기를 사야 합니다. 차라리 조금 비싸더라도 애초에 공식 정품 충전기를 이용하는 것이 좋습니다.

보조 배터리의 경우도 마찬가지입니다. 너무 싼 것만 찾지는 마세요. 믿을 수 있는 브랜드 제품을 이용해야 핸드폰 배터리 수명이 급격히 떨어지는 것을 막을 수 있습니다.

배터리 수명 늘리는 핸드폰 사용습관

1. 절전 모드 사용

평소에도 절전 모드를 사용하는 습관을 들여보세요. 요새 스마트폰 성능이 워낙 발달했기 때문에 고사양 게임을 돌리는 게 아니라면 절전 모드에서도 웬만한 기능들은 불편함 없이 이용할 수 있을 겁니다.

결국 배터리를 오래 쓰고 싶다면 최대한 천천히 닳게 하는 것이 가장 중요합니다. 배터리 수명은 충전 횟수로 결정되는 것이 아니라 '얼마나 충전을 많이 했는지'로 결정되는 것입니다.

2. 미사용 앱 삭제

사용하지 않는 어플은 습관적으로 꺼주세요. 블루투스나 와이파이도 마찬가지입니다. 블루투스는 연결된 기계가 없어도켜놓고만 있으면 전력을 소모합니다.

또한 보이지는 않아도 뒷 단에서 실행되고 있는 백그라운드 앱이 있습니다. 알림 설정을 해놓거나 동기화가 되어 있는 앱들이죠. 백그라운드 앱도 주기적으로 꺼주면 좋습니다.

제일 좋은 것은 주기적으로 배터리 최적화(갤럭시의 경우 '설정 → 디바이스케어' 에서 가능)를 해주는 것입니다. 하루에 한 번 해주면 제일 좋은데, 어렵다면 1주일에 한 번이라도 해주세요.

3. 최신  O/S 유지

안드로이드든  IOS든 핸드폰 성능 향상을 위해 꾸준히 OS 업데이트 버전을 배포합니다. 소프트웨어 업그레이드를 통해서도 배터리 효율이 올라갈 수 있기 때문에 가급적 최신 O/S를 사용하는 것이 좋습니다.

다만 최신 O/S 배포 초기에는 심각한 버그나 오류가 발견되기도 하기 때문에, 어느 정도 안정된 후에 시차를 두고 설치하는 것을 권장합니다.

배터리 캘리브레이션

분명히 조금전에 100% 완충됐는데 잠시 후 50% 이하로 급격하게 배터리가 떨어진 적 있으신가요? 배터리를 제어하는 칩이 고장 났을 가능성이 큽니다.

물론 배터리의 수명이 다 돼서 그런 것일 수도 있지만, 이런 경우 대부분 단순 오류인 경우가 많으니 배터리 캘리브레이션을 해보는 것이 좋습니다.

배터리 캘리브레이션이란 쉽게 말해 배터리 제어칩을 초기화하는 것입니다. 아이폰이나 안드로이드 계열 폰 모두에서 아래와 같은 방법으로 진행하면 됩니다.

1. 핸드폰을 100% 완충
2. 완전히 방전될 때까지 이용
3. 꺼진 상태에서 핸드폰을 100% 완충
4. 핸드폰을 켜고 확인
5. 같은 증상일 경우 2~3회 반복

지금까지 핸드폰 배터리 오래 쓰는 법을 살펴봤습니다. 배터리 관리 조금만 신경 쓰셔서 비싼 스마트폰 오래오래 잘 사용하시기 바랍니다.

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픽사베이

스마트폰, 노트북 피시, 전동공구 등 모바일 전자기기를 언제 어디서나 쓸 수 있는 건 리튬이온 배터리 덕분이다. 그런데 충·방전 횟수가 늘면 배터리 구성 요소들의 성능도 떨어진다. 그러다 결국엔 배터리 수명이 다하고 만다. 배터리를 조금이라도 더 오래 쓸 수 있는 방법은 뭘까? 미국 미시간대 연구진이 각종 연구 논문과 삼성, 엘지, 애플 등 유명 제조업체들의 매뉴얼을 종합분석한 것을 토대로 가려 뽑은 배터리 수명 연장 수칙을 최근 학술지 <에너지 스토리지 저널>에 발표했다.

첫째, 충전 중 고온이나 저온에 노출되지 않도록 한다. 충전중 배터리가 뜨거워지면 바로 분리하고, 추운 곳에선 충전하지 않는다. 가능한 한 온도 10~35도 환경에서 충전한다.

둘째, 배터리 충전율이 너무 높거나 낮아선 안 된다. 20~80% 사이로 유지한다. 이 범위를 벗어나면 성능이 저하되기 때문이다. 불가피하게 완전 충전이 필요할 경우엔 100% 충전 뒤 바로 충전기에서 분리하고, 밤새 충전기에 꽂아두지 않는다. 삼성과 엘지는 충전율이 20%로 낮아지면 재충전할 것을 권한다. 대부분의 노트북 피시는 100% 충전되면 충전이 자동 중단되고, 95%로 떨어져야 재충전이 시작된다. 하지만 충전이 완료되면 노트북을 전원에서 분리해주는 게 좋다. 연구진은 업체들이 한 달에 한 번 이상 완전한 충·방전을 하라고 권유하는 것은 배터리 잔량 측정의 정확도를 높이기 위한 것이며 배터리 수명과는 관련이 없다고 지적했다.

셋째, 급속 충·방전을 하지 않는다. 급속 충전은 배터리를 빨리 달구고, 수명을 단축시킨다. 급속 방전도 마찬가지로 수명에 악영향을 준다. 화면 밝기를 낮추고 위치 서비스를 끄고, 불필요한 응용 프로그램을 중단하면 방전 속도를 늦출 수 있다.

요약하면 배터리를 극한 상황에 놓지 말라는 것이다. 스트레스를 주지 말라는 얘기다. 연구진은 “배터리를 생산하는 과정에서 많은 온실가스와 오염물질이 배출된다”며 “배터리를 오래 쓰면 환경에도 좋다는 점을 명심하자”고 덧붙였다.

곽노필 선임기자 , ▶곽노필의 미래창 바로가기

BU-808: 리튬이온 기반 배터리의 수명 연장 방법

리튬-이온의노화원인과수명연장을 위해사용자가할수있는일은?

배터리에관한 연구는리튬에만집중되어있어배터리의미래는리튬에달려있다고생각할수있습니다. 리튬-이온은여러가지면에서다른 화학물질보다우수하기때문에낙관적일수있는충분한이유가있습니다. 적용되는장비는점점확대되고있으며이전에는 전력대기용이나부하레벨링용과같이납산이장악하던시장으로침투하고있습니다. 많은인공위성또한리튬이온으로 구동됩니다.

리튬-이온은아직완성되지않았고여전히개선중입니다. 용량이점진적으로증가하는동안수명과 안전성에서상당한개선이있었습니다. 오늘날리튬이온은대부분의전자기기에대한기대치를충족시키지만 EV에적용은이 전력원이표준으로받아드려지기위해추가개발이필요합니다.

리튬-이온배터리는양극과음극사이의이온 이동에의해구동합니다. 이론적으로이러한메커니즘은영원히작동하지만시간이지남에따라사이클링, 온도상승및노화가 성능을저하시킵니다. 제조업체는대부분의소비자전자기기에서리튬-이온의수명을보수적으로 300회에서 500회사이 충방전횟수로정합니다.
 
방전의깊이가다를수있고사이클을구성하는요소에대한명확한기준이없기 때문에사이클을카운팅해서배터리수명을평가하는것이완벽하지는않습니다 (BU-501 : 방전기본사항참조). 사이클수를 대신하여일부장비제조업체들은스탬프로찍힌날짜에맞춰배터리교체를제안하지만이방법은사용량을고려하지않는문제가 있습니다. 할당된시간이내라도과도한사용또는불리한온도조건으로인해배터리가고장날수있습니다. 그러나 대부분의팩은스탬프날짜보다훨씬오래갑니다.

배터리의성능은주요건강지표인용량으로측정됩니다. 내부 저항과자가방전도필요한요소지만현대의리튬-이온배터리수명을예측하는데는크게중요하지않습니다.

그림 1은 Cadex 실험실에서사이클링된 11개의리튬폴리머배터리의용량저하를보여줍니다. 휴대전화용 1,500mAh 파우치셀은처음에는 1,500mA (1C)에서 4.20V/셀까지충전된후완충포화상태의일부로 0.05C (75mA)까지포화됩니다. 그 다음배터리를 1,500mA에서 3.0V/셀로방전시키고이사이클을반복했습니다. 리튬-이온배터리의예상용량손실은 250 사이클동안일정했고배터리는예상대로성능을발휘했습니다. 

Figure 1: Capacity drop as part of cycling.
11개의 새로운 리튬- 이온이 Cadex C7400 배터리 분석기에서 테스트되었습니다. 모든 팩은 250번의 완전 충방전 사이클 후 88-94% 용량에서 시작하여 73-84% 용량으로 감소했습니다. 1500mAh 파우치 팩은 휴대 전화에 사용됩니다.
Courtesy of Cadex

배터리는사용첫해에 100 % 용량을제공해야하지만지정된용량보다낮게 보는것이일반적이며이는보관기간으로인해기인합니다. 또한실제배터리를  검사해서용량이낮으면불만을제기하는 소비자가거의없다는것을알기때문에제조업체는배터리를과대평가하는경향이있습니다. 다수셀로구성된팩에서 요구되는것과달리휴대전화및태블릿에서는셀하나하나를매칭시키지않아도훨씬넓은성능을수용할수 있습니다. 용량이낮은셀들도소비자가인지하지못하는채로이틈을빠져나갈수있습니다.

과도한 사용으로더빨리마모되는기계장치처럼방전깊이 (DoD)가배터리의사이클수를결정합니다. 방전(낮은 DoD)이 작을수록배터리수명이길어집니다. 가능한한완전방전을피하고사용하는중간중간배터리를더자주충전하십시오. 리튬 이온의부분방전은괜찮습니다. 메모리효과가없어서배터리수명을연장하기위해배터리를주기적으로완전히방전할필요가 없습니다. 예외는스마트배터리또는지능형장치에서연료게이지의주기적교정입니다. (BU-603 : "스마트"배터리보정방법 참조)

다음표는코발트기반리튬-이온에대한스트레스관련용량손실을나타냅니다. 인산철 리튬및티탄산리튬의전압은더낮으므로주어진기준전압에는적용되지않습니다.

 
표 2는배터리용량이 70 %로떨어지기전에다양한 DoD 레벨에서 Li-ion이제공할 수있는방전/충전사이클수를추정합니다. DoD는만충전후다음표의지정된충전상태(SoC) 수준으로 방전합니다.

리튬-이온은열에노출되면스트레스를받게되는데이는셀을높은충전전압으로유지하는경우에도마찬가지입니다. 30 ° C (86 ° F)를초과하는배터리는고온으로간주되며대부분의리튬이온의경우 4.10V/셀이상의전압은고압으로간주됩니다. 배터리를 고온에노출시키고장시간동안완충전상태에방치하면사이클링보다더스트레스를받을수있습니다. 표 3은 온도및 SoC와용량손실의함수관계를보여줍니다.

대부분의리튬-이온은 4.20V/셀까지충전되며완충전압이 0.10V/셀감소할때마다사이클수명은두배로증가한다고 합니다. 예를들어 4.20V/셀로충전된리튬-이온전지는일반적으로 300-500 사이클을낼수있습니다. 4.10V/셀까지만충전하면수명은 600-1000 사이클까지연장될수있습니다. 4.0V/셀은 1,200-2,000사이클을제공할수있고 3.90V/셀은 2,400-4,000 사이클을낼수있습니다.

단점이라면, 낮은완충전압은배터리가저장하는용량을감소시킵니다. 간단한가이드 라인으로완충전압이 70mV 감소할때마다전체용량이 10 % 감소합니다. 다음충전에완충전압까지충전하면전체용량으로복원됩니다.

수명의관점에서최적의충전전압은 3.92V/셀입니다. 배터리전문가들은이임계값이모든전압관련스트레스를 제거한다고믿고있습니다; 더낮아지면추가적인혜택은없고다른증상을유발할수있습니다. (BU-808b : Li-ion이죽는원인은 무엇인가?) 표 4는용량을충전수준의함수로정리한것입니다. (모든값은추정치이며더높은전압 임계값을갖는에너지셀들은다를수있습니다.)

휴대전화, 노트북, 태블릿및디지털카메라용충전기는대부분리튬-이온을 4.20V/셀까지충전합니다. 소비자가최적의가동시간을원하기때문에최대용량을허용합니다. 반면에, 산업용은수명이더중요하기때문에더 낮은전압값을선택합니다. 위성과전기자동차용배터리가그러한예입니다.

안전상의이유로많은 리튬-이온은 4.20V/셀을초과할수없습니다. (일부 NMC 배터리는예외입니다.) 전압이높을수록용량이 증가하지만그이상의전압은수명을단축시키고안전을위협합니다. 그림 5는사이클회수를충전전압의함수로나타낸 것이다. 4.35V에서일반리튬-이온의사이클수가반으로줄어듭니다.

Figure 5: Effects on cycle life at elevated charge voltages. 
높은 충전전압은 용량을 증가시키지만 수명과 안전성을 떨어뜨립니다.
Source: Choi et al. (2002)

해당장치에가장적합한전압값을선택하는 것외에도일반적인리튬-이온은장기간 4.20V/셀의고전압으로유지되면안됩니다. 리튬-이온충전기는충전전류를 차단하고배터리전압은보다자연스러운수준으로되돌아갑니다. 이것은격렬한운동후에근육을이완시키는것과같습니다. (BU-409 : 리튬-이온충전참조)

그림 6은다양한대역폭에서리튬-이온을충방전시용량손실을나타내는동적 스트레스테스트 (DST)를보여줍니다. 가장큰용량손실은완전히충전된리튬-이온을 25 % SoC (검정색)로방전할때발생합니다. 85 % ~ 25 % 사이의사이클링 (녹색)은 100 % 충전및 50 % 방전 (진한 파란색)보다수명이길어집니다. 최소의용량손실은리튬-이온을 75 %로충전하고 65 %로방전시가능합니다. 그러나이것은배터리를완전히활용하지못합니다. 높은전압과높은온도에노출되면정상상태에서의사이클링보다배터리가빨리 열화됩니다. (닛산리프케이스)
 

Figure 6: Capacity loss when operating Li-ion within given charge and discharge bandwidths.
85%로 충전되는 배터리는 완전 충전하는 것보다 수명이 깁니다. 오래 지속되긴 하지만 배터리를 완전히 활용하지 못합니다.
Ÿ 75-65% SoC는 가장 긴 수명을 제공합니다.
Ÿ EV는 85-25% SoC를 사용하여 배터리 수명을 늘립니다.
Ÿ 100-25% SoC는 긴 구동시간을 제공하고 배터리를 최대한 활용하지만 배터리 수명을 단축시킵니다.

사용자들은  무엇을 할 수 있나?

사이클링뿐만아니라환경조건에따라리튬-이온배터리의수명이달라집니다. 최악의환경은 배터리를높은온도에서완충된상태로유지하는것입니다. 배터리팩은갑자기죽지는않지만용량이줄어들면가동시간이점점 짧아집니다.

더낮은충전전압은배터리수명을연장시키며전기자동차와위성은이것을활용합니다. 유사한방법이 전자제품에도적용될수있지만거의그렇게되지않습니다; 계획된노후화가이를관리합니다.

노트북배터리는 AC 그리드에연결될때충전전압을낮추면수명이늘어날수있습니다. 이기능을사용자에게쉽게사용하기위해 제품에는배터리를 4.05V/셀로유지하고약 80 %의용량을제공하는 "긴수명" 모드가있어야합니다. 여행 1시간전에사용자는 "최대용량" 모드로 4.20V/cell까지충전하면됩니다.

"노트북을사용할지않을때는 충전기를분리해야하나요?”라는질문을자주받습니다. 정상적인환경에서는리튬-이온배터리가완충되면충전이 중단되기때문에그럴필요가없습니다. 토핑충전은배터리전압이일정수준까지떨어질때만적용됩니다. 대부분의사용자는 AC 전원을제거하지않으며이방법은안전합니다.

최신노트북은이전모델보다열이더적게나고보고된 화재도적습니다. 침대또는베개에서공기냉각식전기장치를작동할때는항상공기흐름을방해받지 않도록하십시오. 시원한노트북은배터리수명을연장시키고내부부품을보호합니다. 대부분의소비재제품인에너지셀은 1C 이하로충전해야합니다. 1시간이내에리튬-이온을완전히충전한다고하는소위초고속충전기를피하십시오.

Last updated 2017-03-03