배터리 오래 쓰는 법, 0~30% 재평가 시급 (구간과 수명 관계)

프롤로그

 모든 내용은 아래 영상에 담겨 있지만, 블로그에도 써놓을 필요가 있다고 생각하여 영상 업로드 외에 추가적으로 본 포스팅을 쓰는 바이다.

 평소 배터리 개념에 대해서 생각해보면서 도무지 이해가 안 되던 부분에 대해서 의문을 품고 있다가 작정하고 파고들던 중 내 예상의 뒷받침이 될 만한 데이터를 발견하게 되었다.

 

영상

배터리 오래 쓰는 법, 재정립이 필요해보인다

 

배터리 개념

캡쳐 이미지로만 보면 움직임이 없어서 다소 이해가 힘들 수도 있겠지만 풀어보도록 한다.

배터리 물리적 표현

가만히 두면 있는 '기본 상태, 원래 상태'에서 '불안정한 상태'로 만들어 놓는 게 충전이고

충전

그 불안정한 상태에서 다시 원래 상태로 돌아가는 성질을 이용한 게 방전이다.

방전

 

원래 리튬 산화물(산소+코발트, 망간, 니켈, 인산철 등과 리튬의 결합물)을 불안정한 리튬 이온상태로 분리해놓는다.

실제 배터리의 경우

그리고 다시 원래 상태인 리튬 산화물로 결합하는 과정에서 전자가 쓰이고, 전자의 흐름이 발생하며, 그 전류, 전기 에너지를 활용하게 된다.

전공이 기계공학이기도 하고 전기, 전자, 화학보다는 물리가 더 직관적인 듯하여 스프링으로 이해하면 쉬웠다. 근데 스프링으로 생각해봤을 때, 거기서 의문은 '왜 20~80%를 쓰는 게 배터리 수명에 좋다는가'였다.

80%이상에서의 높은 잔량에서는 이해가 갔다.

근데 20% 이하는 부하가 약하게 걸려서 더 좋을 것 같다는 게 내 생각이었다. 여기서 나올 만한 얘기가 완전 방전에 대한 부분이었다.

근데 배터리 0%로 전원이 꺼지는 것은 배터리 완전 방전이 아니라 그냥 전원 차단이다. 차단된 후에 기기를 돌리기 위한 방전이 아닌 자기방전이 조금씩 되는데 온도에 따라 다르지만 자기방전은 하루에 보통 1%이하이다. 대기 전력이랑 헷갈리면 안 된다. 전원이 꺼진 상태에서 방전되는 것을 말한 것이다. 오래 동안 방치되며 방전하다가 그제서야 '완전' 방전이 된다. 때문에 0~20%가 배터리 수명에 안 좋을 이유가 없었다.

 

팩트 데이터 논문

 그리하여 검색에 들어가서 오랜 시간을 찾아 헤맨다. 처음엔 원인에 집중하다가 시간을 많이 썼는데, 사실 원인보다는 그냥 배터리 사용 구간에 따른 수명의 데이터만 있으면 됐다. 그러던 중 핵심 키워드 SoC intervals를 알아냈고 이걸로 파고든다. SoC는 State of Charge, 충전 상태를 말한다. 알기 쉽게 잔량으로 이해하면 쉽다.

lithium soc intervals aging으로 검색했을 때 스웨덴 한 대학에서 연구한 결과를 얻었다. 가장 안전한 차 하면 떠오르는 스웨덴의 회사 볼보와 함께했다고 쓰여 있었다. 수십장에 달하는 이 자료에는 리튬이온배터리에 대한 내용부터 노화 프로세스에 대한 설명도 적혀 있었다. 쭉 아래로 내렸을 때 내가 원하던 데이터가 있었다.

 

내 예상과 일치하는 결과였다. 낮은 잔량에서 사용하는 것이, 더 높은 용량 보유를 보였다. 0~30% 구간이 수천 번의 반복에도 배터리 용량의 감소가 현저히 적게 나타났다.

 저 데이터를 찾아서 쭉 내려가긴 했지만, 이미 저 논문 3페이지에서 이렇게 말하고 있었다.

SOC intervals lower than 30% can improve cycling lifetime 3x the expected full cycle equivalent (FCE) lifetime.

 

에필로그

 블로그, 기사, 유튜브에서 배터리 수명에 관한 수많은 컨텐츠들을 봤다. 거의 '20~80%'가 정설로 잡혀 있는 분위기였고, 좀 더 들어가면 '20~50%'를 말하고 있었다. 그나마 이 정도면 양반이고 더 심하게는 '50% 위로 유지해야 한다' '20%이하로 안 떨어지는 게 중요하다' 등도 보였다.

 데이터에 근거하여 말한다, 20~80%가 아니라 '0~60%'이고, 20~50%가 아니라 '0~30%'가 배터리 수명을 위해 올바른 사용 구간임을.

 하늘이 돈다고 알고 있는 세상에서 지구가 돌고 있다는 걸 말하는 기분이지만, 사실 그렇게 거창할 것까진 아닌 게 진짜 관계자들은 다 알고 있는 팩트다. 배터리 관련 기업에 다니는 친구가 차장님께 이 논문에 대해서 말했다가, 뭐 당연한 소리를 하냐고 극딜을 당했다고 하는 걸 보니 말이다. 근데 굳이 소비자에게까지 이 얘기가 갈 필요가 없다보니 말을 안 했던 게 아닌가 싶고, 말을 했는데 영향력이 없었을 수도 있고. 마치 이 글이 그렇게 되지 않을까 싶다만.

 난 이 업계와 얽혀있는 이해관계자도 아니고, 계산되지 않는 감정적 요인을 변수로 두는 낭만적인 심리학자가 아닌, 공학도로서 그저 팩트를 제공하는 이 글을 썼다. 더불어 배터리 사용 방식을 강요하기 위한 글이 아님을 밝히며 마무리 하겠다.

 

리튬 이온 배터리 노화 (Lithium ion Battery Aging) - 서버 트래픽 속도 느림 주의

http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/249356/249356.pdf