BMS (Battery Management System, 배터리 관리 시스템)
BMS는 배터리 보호 회로입니다.
리튬이온 배터리를 사용할 때는 과충전이나 과방전 시 폭발, 화재의 위험이 있기 때문에 배터리 보호 회로가 필요합니다. 이런 리튬이온 전지는 잘못 사용하면 위험하지만 제대로 사용하면 위험하지 않고 편리하게 사용할 수 있습니다.
리튬이온 배터리의 특성을 알아보겠습니다. 리튬이온 배터리는 우리가 일상생활에서 사용하는 AA, AAA 건전지처럼 한번 쓰고 버리는 건전지가 아닙니다. 다 사용하고 나면 다시 충전해서 재사용이 가능하죠. 이런 편리한 점이 있어서 요즘 휴대용 전자제품 속에는 대부분 리튬이온 배터리가 들어가 있어요. 집에서 USB 포트를 사용하여 충전하고 밖에 나가 편리하게 사용하게 되죠.
이렇게 리튬이온 배터리는 편리하고 사용하기 좋은 배터리이지만 주의해야 할 점이 있습니다. 리튬이온 배터리만으로는 충전, 방전 전압을 관리하지 못합니다. 계속 충전하면 과충전으로 폭발이나 발화할 수 있어요. 반대로 방전 시에도 계속 방전하면 과방전으로 배터리가 죽을 수도 있습니다. 충전 전압은 일반적으로 4.2v, 방전전압은 2.5v 정도입니다. 4.2V ~ 2.5V 사이에서만 사용해야 해요. 보통은 3.7V를 유지해야 합니다. (스토리지 전압)
이렇게 리튬이온 배터리의 충, 방전 전압을 관리해 주는 장치가 BMS입니다. 충전 시 4.2V를 넘어가면 배터리의 충전을 중지시키고(충전전류 차단), 방전 시 전압이 2.5V~3V 이하로 내려가면 배터리사용 전류를 차단합니다. (컷오프)
BMS는 배터리의 과충전, 과방전을 차단해 주는 역할뿐만 아니라 배터리를 여러 개 직렬로 연결해 사용할 경우 셀밸런싱 같은 셀 간 전압 관리 기능도 합니다.
BMS가 사용되는 배터리
리튬이온 배터리에는 이렇게 BMS가 꼭 필요한데요. 우리가 편리하게만 사용하던 스마트폰, 파워뱅크, 보조배터리, 노트북, 전동 킥보드, 전기자동차 등 리튬이온 전지가 사용되는 모든 휴대용 전자제품에는 BMS가 들어가 있습니다.
스마트폰에 충전기 꽂아 놓고 완충전 될 때까지 계속 놔둬도 안전하게 사용할 수 있는 이유는 BMS가 내장되어 있기 때문입니다
RC전동차, RC헬기 같은 취미용 제품에도 리튬이온 전지가 사용되지만 BMS는 사용 안 하는데요.
이렇게 BMS를 사용하지 않을 경우 배터리의 사용 시간 확인, 배터리 체커를 이용한 셀별 전압 확인, 배터리 알람 등을 사용하여 수시로 배터리 전압을 확인하며 사용해야 합니다.
리튬이온 배터리 화재(BMS 불량), DIY 시 주의 사항
간혹 저가형 제품이나 불량 BMS는 고장을 일으켜 과충전, 또는 합선의 원인으로 위험해질 수 있는데요. 가끔 뉴스에서 “휴대폰 폭발, 전기자동차 화재, 전동 킥보드 충전 중 화재” 이런 기사를 볼 수 있습니다. 모두 리튬이온 전지가 사용되는 기기들인데, 리튬이온 전지의 화재는 BMS가 불량이거나, 충전과 방전 방법이 잘못되었기 때문에 발생합니다. 리튬이온 배터리는 다 좋은데 이런 폭발이나 화재가 가장 큰 단점이라고 할 수 있겠죠. 그래서 리튬이온 배터리를 DIY 할 때는 BMS를 잘 골라야 해요. 아무거나 사서 쓰면 안 됩니다. 리튬이온 배터리로 파워뱅크의 제작 시 조립을 잘못해도 화재가 발생할 수 있는데요. 납땜이나 용접 상태의 불량도 배터리 화재의 원인입니다. 파워뱅크 제작이나 리튬이온 배터리를 사용한 DIY에 관련된 별도의 글을 작성해서 올릴게요.
BMS 없이 배터리를 충전할 경우에는 BMS가 내장된 충전기를 사용하거나 충전 전압, 충전 온도, 충전 시간을 수시로 확인하면서 충전해야 합니다. 충전기 꽂아 놓은 상태에서 잊고 있을 때 화재 사고가 발생하는 것이죠.
BMS 종류
리튬이온 배터리의 종류에 따라 BMS의 종류는 엄청나게 많습니다. 아래 사진은 보조배터리(소형 파워뱅크)에 사용되는 적은 용량의 BMS입니다.(좌-25A BMS, 중-20A BMS, 우-10A BMS)
BMS는 중국산 제품과 국산 제품이 있는데요. 국내 제조사는 루나볼트, e-power가 있습니다.
배터리의 용량에 맞는 적당한 제품을 사용해야 화재 없이 안전하게 사용할 수 있습니다.
최근 들어 전기자동차가 많이 만들어지고 리튬이온 배터리가 사용되는 전자 제품은 더 많아지는데요. 리튬이온 배터리를 좀 더 안전하게 사용할 수 있는 높은 품질의 BMS가 필요할 것으로 생각됩니다.