충전 컨트롤러

충전 컨트롤러, 차지 컨트롤러(charge controller) 또는 충전 조절기(battery regulator)는 전류가 배터리에 추가되거나 배터리에서 인출되는 속도를 제한하여 전기 과부하, 과충전을 방지하고 과전압으로부터 보호할 수 있다.^[1][2] 이는 배터리 성능이나 수명을 저하시키고 안전 위험을 초래할 수 있는 상태를 방지한다. 또한 배터리 기술에 따라 배터리의 완전 방전("깊은 방전")을 방지하거나 제어된 방전을 수행하여 배터리 수명을 보호할 수 있다.^[3][4] "충전 컨트롤러" 또는 "충전 조절기"라는 용어는 독립형 장치 또는 배터리 팩, 배터리 구동 장치 및 배터리 충전기에 통합된 제어 회로를 지칭할 수 있다.^[5]

USB 보조 배터리의 충전 컨트롤러.

독립형 충전 컨트롤러

충전 컨트롤러는 태양 에너지 또는 풍력 발전 발전기와 함께 RV, 보트, 독립형 전력 시스템 주택 배터리 저장 시스템과 같은 용도로 소비자에게 별도 장치로 판매된다.^[1] 태양광 애플리케이션에서 충전 컨트롤러는 태양광 조절기 또는 태양광 충전 컨트롤러라고도 불린다. 일부 충전 컨트롤러/태양광 조절기에는 저전압 차단 (LVD)과 같은 추가 기능이 있다. 이는 배터리가 과도하게 방전될 때 부하를 차단하는 별도의 회로이다 (일부 배터리 화학 물질은 과방전으로 배터리가 손상될 수 있다).^[6]

직렬 충전 컨트롤러 또는 직렬 조절기는 배터리가 가득 차면 배터리로의 추가 전류 흐름을 비활성화한다. 션트 충전 컨트롤러 또는 션트 조절기는 배터리가 가득 차면 과도한 전기를 전기 온수기와 같은 보조 또는 "션트" 부하로 전환한다.^[7]

간단한 충전 컨트롤러는 설정된 높은 전압 수준을 초과하면 배터리 충전을 중지하고 배터리 전압이 해당 수준 아래로 떨어지면 충전을 다시 활성화한다. 펄스 폭 변조 (PWM) 및 최대 전력점 추적 (MPPT) 기술은 더 정교하며, 배터리 잔량에 따라 충전 속도를 조정하여 최대 용량에 가깝게 충전할 수 있게 한다.^[8]

MPPT 기능이 있는 충전 컨트롤러는 시스템 설계자가 사용 가능한 PV 전압을 배터리 전압과 긴밀하게 일치시키는 부담을 덜어준다. 특히 PV 어레이가 배터리에서 어느 정도 떨어져 있는 경우 상당한 효율 향상을 이룰 수 있다. 예를 들어, 150볼트 PV 어레이를 MPPT 충전 컨트롤러에 연결하여 24볼트 또는 48볼트 배터리를 충전할 수 있다. 어레이 전압이 높다는 것은 어레이 전류가 낮다는 것을 의미하므로 배선 비용 절감으로 컨트롤러 비용을 상쇄할 수 있다.

충전 컨트롤러는 과열을 방지하기 위해 배터리 온도를 모니터링할 수도 있다. 일부 충전 컨트롤러 시스템은 데이터를 표시하고, 원격 디스플레이로 데이터를 전송하며, 시간에 따른 전기 흐름을 추적하기 위해 데이터 로깅을 수행한다.

통합 충전 컨트롤러 회로

충전 조절기 컨트롤러 역할을 하는 회로는 여러 전기 부품으로 구성되거나 단일 마이크로칩, 즉 일반적으로 충전 컨트롤러 IC 또는 충전 제어 IC라고 불리는 집적 회로 (IC)에 캡슐화될 수 있다.^[3][9]

충전 컨트롤러 회로는 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 휴대용 오디오 플레이어, 무정전 전원 공급 장치와 같은 충전식 전자 장치뿐만 아니라 전기 자동차 및 궤도 위성에 사용되는 대형 배터리 시스템에도 사용된다.^[10]

충전 프로토콜

구리선이 안전하게 처리할 수 있는 전류의 제한으로 인해, 최종 장치가 전선을 과열시키지 않고 전력 처리량을 증가시키기 위해 상승된 전압을 요청할 수 있도록 통신 프로토콜이 개발되었다. 도착한 전압은 최종 장치 내부에서 배터리의 최적 충전 전압으로 변환된다.^[11]

고속 충전 및 펌프 익스프레스

가장 널리 사용되는 두 가지 표준은 퀄컴의 고속 충전과 미디어텍의 펌프 익스프레스이다.

2014년 및 2015년 버전의 펌프 익스프레스, 펌프 익스프레스 플러스 및 펌프 익스프레스 플러스 2.0은 USB 2.0 데이터 레인을 통해 협상하는 대신 주 USB 전원 레인(VBUS)을 통해 전류 변조 신호를 사용하여 충전기에 전압 요청을 통신한다는 점에서 다르다.^[12]

펌프 익스프레스 플러스는 7, 9, 12볼트의 상승된 전압 레벨을 지원하는 반면, 고속 충전 2.0 사양에는 7볼트 레벨이 없다. "클래스 B"라는 사양 개정판에 20볼트 레벨이 추가되었다.^[13][14]

후속 버전인 펌프 익스프레스 플러스 2.0의 전압 범위는 5볼트에서 20볼트 사이이며, 0.5볼트 단위로 조절된다. 고속 충전 3.0 프로토콜은 0.2볼트 단위로 더 미세한 전압 레벨을 지원하며, 약 3.3볼트의 더 낮은 최소 전압을 갖는다. PocketNow에 따르면, 고속 충전 3.0은 3.2볼트에서 시작하여 각 단계 사이에 0.2볼트씩 증가하여 20V (3.2V, 3.4V, 4.6V, ..., 19.8V, 20V)까지 올라간다.^{[15][16][17][18]} "powerbankexpert.com" 사이트는 이 프로토콜의 최소 전압이 3.6볼트라고 주장한다.^[19]

Oppo VOOC 및 화웨이 슈퍼차지

자회사 "원플러스"용 "Dash Charge"로도 불리는 오포 VOOC와 화웨이의 슈퍼차지는 충전 전류를 늘리는 반대 방식을 취했다. 최종 장치에 도달하는 전압이 최적의 배터리 충전 전압과 일치하므로 최종 장치 내에서 변환이 필요 없어 열 발생을 줄인다. 그러나 전압만 높이는 충전 프로토콜과 달리, 더 높은 전류는 케이블의 구리선에서 더 많은 열을 발생시켜 기존 케이블과 호환되지 않으며, 더 두꺼운 구리선을 가진 특수 고전류 케이블이 필요하다.^[20]

같이 보기

• 배터리 관리 시스템
• 배터리 밸런싱
• 태양광 인버터
• 전압 조정기
• 제너 다이오드