테슬라를 90%에서 100%까지 충전하다 보면 생각보다 오래 걸립니다. 이 긴 기다림 때문에 슈퍼차저가 배터리 셀을 밸런싱하고 있으며, 밸런싱을 하려면 슈퍼차저가 필요하다고 생각하기도 합니다.
셀 밸런싱은 차량의 배터리 시스템 내부에서 제어합니다. 충전기 출력이 높아진다고 패시브 밸런싱 회로도 그에 비례해 더 빠르게 작동하지는 않습니다. 조건이 맞으면 전류를 낮춘 AC 완속 충전이 배터리에 밸런싱할 시간을 더 줄 수 있습니다.
먼저 충전 전류가 점차 줄어드는 현상인 테이퍼링과 셀 밸런싱을 구분해야 합니다.
리튬이온 배터리는 전압 상한에 가까워지면 충전 전류가 줄어듭니다. 셀들이 이미 잘 균형을 이루고 있어도, 이런 과정을 통해 전압 상한을 넘지 않으면서 충전을 이어갈 수 있습니다. Analog Devices는 리튬이온 충전 설명에서 충전 막바지에 전류가 줄어드는 현상을 다룹니다.
테슬라도 배터리가 차오를수록 충전 속도가 느려지며, 일반적으로 80%까지 충전할 때보다 100%까지 충전할 때 훨씬 오래 걸린다고 설명합니다. 충전 막바지에 오래 걸린다는 사실만으로 밸런싱이 작동 중이라고 판단할 수는 없습니다. 테슬라 슈퍼차징 안내.
설명용 데이터를 표시한 Dr.EV 충전 차트입니다. 수치는 충전 전류가 줄어드는 현상을 설명하기 위한 것으로, 실제 차량 기록이나 밸런싱 작동을 측정한 결과가 아닙니다.
위쪽 차트에서는 주황색 셀 전압 범위가 상단에 가까워지는 동안 파란색으로 표시된 배터리 팩 전류가 줄어듭니다. 아래쪽 차트의 파란색 선은 배터리 잔량이 100%를 향해 올라가는 모습을 보여줍니다. 완충에 가까워질수록 잔량이 1%포인트 더 오르는 데 걸리는 시간도 길어집니다.
두 차트의 주황색 영역은 셀 그룹의 최저 전압과 최고 전압 사이 범위를 나타냅니다. 이 차트들은 충전 막바지에 시간이 오래 걸리는 이유를 이해하는 데 도움이 됩니다. 다만 어느 차트도 밸런싱 회로가 켜져 있는지를 보여주지는 않습니다.
패시브 밸런싱은 다른 문제를 해결합니다. 직렬로 연결된 셀 그룹 사이에는 충전 상태에 차이가 생길 수 있습니다. 다른 그룹에는 아직 충전할 여유가 있는데, 한 그룹이 먼저 상한에 도달할 수 있는 것입니다.
패시브 밸런싱 회로는 선택한 셀 그룹의 전하를 작은 전류로 저항을 통해 빼내고, 그 에너지를 열로 방출합니다. 충전 중에는 해당 그룹에 실제로 들어가는 순전류가 줄어들어 다른 그룹이 충전 상태를 따라잡을 수 있습니다. 회로의 작동 시점은 배터리 관리 시스템인 BMS가 결정합니다. Analog Devices의 패시브 셀 밸런싱 설명.
패시브 밸런싱은 충전 상태가 높은 셀 그룹 중 일부를 선택해 작은 우회 전류로 전하를 빼냅니다. 차량 BMS가 허용하는 조건에서는 완속 충전이 이 과정에 필요한 시간을 더 확보하는 데 도움이 될 수 있습니다.
더 높은 출력의 충전기를 연결한다고 이 작은 밸런싱 전류도 비례해서 커지지는 않습니다. 회로가 빼낼 수 있는 전하량은 밸런싱 전류와 실제로 작동한 누적 시간에 달려 있습니다.
이때 완속 충전이 도움이 될 수 있습니다.
충전 전류를 낮추면 배터리가 BMS의 밸런싱 허용 조건에 머무는 시간이 길어질 수 있습니다. 그러면 충전이 끝나기 전에 밸런싱 회로가 셀 그룹 간 차이를 줄일 기회도 늘어날 수 있습니다.
Texas Instruments는 급속 충전을 밸런싱 기회가 제한되는 상황으로 들며, 일반적으로 밸런싱이 충전 중이나 유휴 상태에서 이루어진다고 설명합니다. 이는 일반적인 설계 원리이며, 실제 작동 조건은 차량의 배터리와 제어 소프트웨어에 따라 달라집니다. Texas Instruments 밸런싱 설계 가이드, 4.2.6.3절.
도움이 되는 것은 작동할 시간을 더 확보하는 점입니다. 충전을 느리게 한다고 밸런싱 회로 자체가 더 빠르게 작동하는 것은 아닙니다. 충전기를 계속 연결해 두었다고 그 시간 내내 밸런싱이 작동하는 것도 아닙니다.
Dr.EV는 낮은 충전 전류를 쉽게 선택할 수 있도록 별도의 셀 밸런싱 모드를 제공합니다. 차량 자체 BMS가 밸런싱할 기회를 더 확보할 수 있는 충전 조건을 돕는 기능입니다. 충전 상한은 별도로 선택하며, 내부 밸런싱 과정은 계속 차량이 제어합니다.
밸런싱을 위해 모든 테슬라를 습관적으로 100%에 유지할 필요는 없습니다. 자신의 차량에 표시되는 권장 충전 설정을 따르십시오. 테슬라는 완충에 가까운 상태로 오래 두는 것을 피하도록 권고하며, 차량의 권장 충전 상한에 따른 안내를 제공합니다. 테슬라 배터리 관리 안내.
밸런싱은 셀 그룹 간 충전 상태의 차이를 줄일 수 있지만, 화학적 노화를 되돌리거나 고장 난 셀을 수리하지는 못합니다. 배터리가 현재 가진 용량을 활용하도록 돕는 데 의미가 있습니다.
AC 완속 충전을 할 시간이 있다면, Dr.EV의 셀 밸런싱 모드를 통해 밸런싱을 돕기 위한 충전 전류를 간편하게 선택할 수 있습니다. 실제 밸런싱 과정은 차량의 BMS가 관리합니다.