배터리와 BMS
리튬 배터리의 전압 범위, 직렬 셀 밸런싱, 과충전·과방전·과전류 보호. 배터리 기기를 설계할 때의 기본.
리튬 이온 셀
| 항목 | 값 (일반 NMC) |
|---|---|
| 공칭 전압 | 3.6~3.7V |
| 완충 | 4.2V |
| 방전 하한 | 2.5~3.0V |
| 충전 | 정전류(CC) → 4.2V 도달 후 정전압(CV) |
4.2V를 넘겨 충전하거나 하한 아래로 방전하면 수명이 급격히 줄고 위험해집니다. 18650 셀을 10S(직렬 10개)로 묶으면 공칭 36V, 완충 42V 팩이 됩니다.
BMS가 하는 일
- 셀 전압 감시: 직렬 셀 하나하나의 전압 측정
- 보호: 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 과온도 시 MOSFET으로 차단
- 셀 밸런싱: 셀마다 용량이 조금씩 달라 높은 셀만 먼저 4.2V에 도달합니다. 높은 셀을 저항으로 조금 방전(패시브)하거나 에너지를 옮겨(액티브) 맞춥니다.
- 잔량 추정 (SOC): 전류 적산(쿨롱 카운팅) + 전압 보정, 칼만 필터
설계 주의
- 셀 하나의 단락 전류는 수십~수백 A입니다. 퓨즈와 배선 굵기를 이 전류에 맞춥니다.
- 모터 감속 시 회생 전류가 배터리로 들어갑니다. 완충 상태에서 회생하면 과충전 보호가 동작할 수 있습니다.
- 온도: 0℃ 이하 충전은 금지(리튬 석출), 고온 방전 제한