리튬 배터리 애플리케이션 - 진공 청소기 및 전동 공구

1. 서론: 무선 장치에서 리튬 배터리의 부상

2. 진공청소기의 무선 혁명

3. 배터리 기술의 진화

• 니켈{0}}카드뮴 배터리(NiCd): 초기 제한 사항
• 니켈{0}}금속수소화물(NiMH): 전환기
• 리튬{0}}이온 배터리(Li{1}}ion): 업계 표준

4. 애플리케이션에 사용되는 리튬{1}}이온 배터리의 유형

• 원통형 리튬 배터리(18650, 21700 등)
• 각형 리튬 배터리
• 소프트-팩(폴리머) 리튬 배터리

5. 안전 및 배터리 관리 시스템(BMS)

• BMS가 리튬 배터리의 "보호자"인 이유
• 주요 보호 기능(과충전, 과-방전, 과전류, 온도)
• 역할BMS 테스터 기계안전과 성능 보장

6. 업계 동향

7. 결론

가전, 공구 분야에 무선 트렌드가 확산되면서 리튬 배터리는 제품 성능을 뒷받침하는 핵심 동력원으로 자리 잡았다. '10시간 충전하고 5분 사용'하던 초창기부터 오늘날{3}}최대 60분에 달하는 배터리 수명에 이르기까지, 리튬 배터리의 기술적 혁신은 진공청소기와 전동 공구의 사용자 경험을 재편했을 뿐만 아니라 업계 전체의 패러다임 전환을 주도했습니다.

진공청소기의 "무선 혁명"

고속-디지털 모터는 상당한 에너지를 소비합니다. 고품질-리튬 배터리와 배터리 관리 시스템(BMS)이 없으면 무선 진공 청소기의 '무선 이점'은 불가능합니다. 7-셀, 525-와트 리튬-이온 배터리 팩이 장착되고 업그레이드된 전자 장치와 BMS가 결합된 Dyson V10은 Max 모드에서 8분의 정밀 청소, 표준 모드에서 30분의 일일 청소, 내구성 모드에서 60분의 확장 청소라는 다양한 배터리 수명을 달성합니다. 청소 중간에 배터리를 교체해야 하는 번거로움. 많은 사람들이 사이클론 기술과 고속 모터에만 집중하면서 리튬 배터리의 중요한 역할을 간과하고 있습니다. 널리 채택되지 않았다면 무선 진공 청소기의 시대는 최소한 몇 년은 지연되었을 것입니다.

리튬 배터리가 주류가 되기 전에 진공 청소기와 전동 공구는 두 가지 배터리 기술 물결을 경험했으며 각각은 이전 세대의 문제점을 해결했습니다.

1. 니켈-카드뮴 배터리(NiCd): 초기의 "필요한 선택"

가장 초기에 사용된 배터리 유형인 니켈-카드뮴 배터리에는 작은 용량, 긴 충전 시간, 짧은 배터리 수명이라는 명백한 단점이 있었습니다. '10시간 충전, 5분 사용'이 공통 테마였다. 더 중요한 점은 심각한 메모리 효과(불완전 방전으로 인해 배터리 수명이 단축됨)로 인해 환경 오염이 심했다는 것입니다. 2016년 1월 1일부터 유럽 연합은 공식적으로 전동 공구 및 소형 가전제품에 대한 사용을 금지했으며 니켈-카드뮴 배터리는 점차 시장에서 사라졌습니다.

2. 니켈-금속수소화물(NiMH): 전환 단계의 "개선된 버전"입니다.

니켈-카드뮴 배터리에 비해 니켈-금속 수소화물 배터리는 더 높은 용량, 더 낮은 메모리 효과 및 더 적은 환경 오염을 제공합니다. 가격 인상에도 불구하고 빠르게 시장의 주류가 되면서 무선 제품의 초기 대중화 기반을 마련했습니다.

3. 리튬-이온 배터리(Li{0}}ion): 오늘날의 "절대적인 일꾼"입니다.

리튬-이온 배터리의 출현은 산업 환경에 혁명을 가져왔습니다. 이 배터리는 니켈-금속 수소화물 배터리보다 1.5-2배 높은 에너지 밀도, 메모리 효과 없음, 낮은 자체 방전-이라는 세 가지 핵심 장점을 제공하므로 고속 모터의 높은 에너지 수요에 완벽하게 부합합니다. 이들의 작동 원리는 양극(일반적인 재료로는 리튬 코발트 산화물 LiCoO2 및 리튬 망간 산화물 LiMn2O4를 포함함)과 음극 사이의 리튬 이온의 이동에 의존합니다.

원통형 리튬 배터리:1992년 일본 Sony가 개발한 이 제품은 안정적인 품질, 높은 안전성 및 강력한 확장성을 제공합니다. 일반적인 모델에는 14650, 17490, 18650 및 21700이 포함됩니다. Tesla Model 3는 Panasonic의 18650 배터리(나중에 21700으로 업그레이드됨)를 사용했습니다. 18650(직경 18mm, 길이 65mm의 원통형 배터리)은 진공청소기 및 전동공구에 가장 널리 사용되는 배터리입니다. 그러나 2016년 소니는 리튬 배터리 사업을 일본의 무라타 제조(Murata Manufacturing Co., Ltd.)에 매각했고, 다이슨을 포함한 소니의 리튬 배터리 고객도 인수했습니다.

각형 리튬 배터리:일반적으로 알루미늄이나 강철 케이스에 포장됩니다. 이 제품은 단순한 구조와 높은 에너지 밀도(50AH 셀의 경우 약 205WH/kg)가 특징입니다. 또한 시스템 조립률은 70%(18650 배터리의 60%보다 높음), 대형 셀 및 더 나은 일관성을 자랑합니다. 그러나 높은 수준의 맞춤화와 다양한 모델로 인해 표준화된 제조 공정이 어렵습니다.

소프트-팩 리튬 배터리(폴리머 리튬 배터리): 이 배터리는 폴리머 외피를 갖고 있어 안전성이 뛰어납니다(문제는 부풀어 오르거나 갈라질 뿐 폭발은 발생하지 않음). 가볍고 대용량이기 때문에 휴대폰에 널리 사용됩니다. 그러나 일관성이 낮고 비용이 높으며 누출 경향이 있어 진공 청소기 및 전동 공구에서의 사용이 제한되었습니다.

리튬 배터리는 뛰어난 성능을 제공하지만 폭발 위험이 있습니다. 단일 리튬-이온 배터리의 폭발은 이미 심각하며, 여러 배터리가 동시에 단락되어 폭발하는 결과는 훨씬 더 파괴적입니다.- Panasonic, LG, Samsung과 같은 브랜드에서 수입한 배터리 셀이라도 100% 위험-없는 작동을 보장할 수는 없습니다.

이러한 위험을 완화하기 위해 배터리 관리 시스템(BMS)이 등장했습니다. 리튬{1}}이온 배터리 팩의 핵심 기술로, 각 셀의 상태를 모니터링하여 과충전 및 과방전을 방지합니다.- 전기차 BMS는 복잡하며 전압, 전류, 온도를 모니터링하고, 잔여 용량(SOC)을 추정하고, 온도 제어 시스템을 제어하고, 누출을 감지하고, 다른 시스템과 통신하고, 배터리 사용 내역을 보관할 수 있습니다. 진공 청소기 및 전동 공구의 배터리 관리 시스템(BMS)은 비교적 간단하며 주로 과충전/과방전 보호(예: 과충전 보호 전압 4.20-4.30V, 과{11}}방전 보호 전압 2.60-2.80V), 과전류 보호와 같은 기본 기능을 담당합니다. (단락-회로 보호 전류 약 80A) 및 고온 보호(고온 방전 보호 온도 70~80도)로 안정적인 배터리 팩 작동을 보장합니다.

에이시 브랜드BMS 테스터 기계주로 리튬-이온 배터리 BMS의 다양한 기능 지표를 테스트하고 다양한 매개변수가 설계 범위 내에 있는지 평가한 다음 BMS가 적합하고 사용 가능한지 판단하는 데 사용됩니다.

리튬-이온 배터리의 중요성이 점점 커짐에 따라 진공청소기 및 전동 공구 산업에서는 새로운 추세가 나타나고 있습니다.

1. 배터리 플랫폼화: 비용 절감 및 소비자 참여

전동 공구 산업은 이미 플랫폼화 프로세스를 개척했습니다. 예를 들어, TTI는 12V와 18V라는 두 가지 주요 리튬-이온 배터리 플랫폼을 제공합니다. 동일한 플랫폼에 있는 수백 개의 제품이 호환 가능한 배터리를 공유합니다. 이는 배터리 및 BMS 개발 비용을 절감할 뿐만 아니라 소비자가 새로운 도구를 구매할 때 기존 배터리와 호환되는 브랜드를 우선시하도록 유도합니다. 이는 대기업에게는 장벽을 만들어 중소기업이 경쟁하기 어렵게 만듭니다. 보쉬는 또한 18V 무선 진공청소기 Unlimited를 출시하여 진공청소기와 전동공구 배터리 모두와 호환된다는 점을 강조했습니다. 그러나 진공 청소기의 다양한 설계 옵션으로 인해 전동 공구보다 호환성을 확보하는 것이 더 어렵습니다.

2. 배터리 생산 능력 및 기술 탐색: 21700 배터리의-장단점
현재 브러시리스 진공청소기의 배터리 수명은 고전력 모드에서 약 10분입니다.- 배터리 에너지 밀도의 획기적인 발전 없이는 상당한 개선을 달성하기 어렵습니다. 일부 공장에서는 21700 배터리(테슬라 모델 3에 사용됨) 테스트를 시작했습니다. 에너지 밀도는 300Wh/kg(18650 배터리보다 20% 높음)에 도달하여 용량은 35% 증가하고 비용은 9% 절감되며 사용되는 배터리 수는 줄어듭니다. 그러나 21700 배터리에도 단점이 있습니다. 용량이 10% 증가할 때마다 사이클 수명이 20% 감소하고, 충전 및 방전 속도가 30~40% 감소하며, 온도 상승이 20% 증가합니다. 올바른 배터리를 선택하는 것은 기술과 경제성의 균형을 맞추는 문제입니다. 그러나 Panasonic의 Model 3 생산은 이전에 21700 생산 능력 문제로 인해 영향을 받아 생산 능력이 여전히 제한 요인으로 남아 있음을 보여주었습니다.

3. 무선은 피할 수 없는 추세

앞으로는 진공청소기뿐만 아니라 다른 많은 유선 제품도 무선화될 것입니다. 리튬 배터리 기술의 모든 혁신은 이러한 추세를 촉진할 것입니다.

니켈-카드뮴에서 리튬 배터리까지, '유선의 제약'에서 '무선의 자유'까지, 리튬 배터리는 제품 폼 팩터를 변화시켰을 뿐만 아니라 업계의 경쟁 환경도 재편했습니다. CATL, Panasonic, LG, EVE Energy, Changhong Energy(Changhong Three) 및 Highpower Technology와 같은 배터리 제조업체는 직접적으로 선두에 있지는 않지만 이미 이러한 변화의 핵심 플레이어가 되었습니다. 앞으로도 지속적인 기술 발전을 통해 배터리 수명이 길어지고, 안전성이 향상되고, 활용도가 높아져 삶과 업무의 편의성이 더욱 향상되는 리튬 배터리 제품이 나올 수도 있습니다.

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