[디지키 테크포럼] 리튬 세라믹 산화물 배터리 기술에 대해 TDK와 힘께 탐구해 보자
[테크월드뉴스=이광재 기자] 상대적으로 새로운 리튬 세라믹 화학 조성의 배터리는 현재 디지키 사이트에서 1.5V TDK 엔지니어링 샘플 형태로 제공되고 있다.
이 유형의 배터리는 유망한 잠재력을 지니고 있어 향후 표준 상용 제품으로 발전할 가능성이 높다. 다만 세라차지(CeraCharge) 배터리는 기존의 다른 리튬 화학 조성과 구별되는 독특한 특성을 가지고 있어 구매에 앞서 관련 애플리케이션 노트와 취급 절차를 충분히 검토하는 것이 좋다.
부품 번호 B73180A0101M199(튜브 포장) 및 B73180A0101M062(테이프/릴 포장)은 링크에서 확인할 수 있다.
TDK 리튬 세라믹 산화물 배터리는 다른 배터리 유형과 뚜렷한 차이점을 보인다. 이 제품은 초기 비충전 상태(0V)로 출고되며 회로에 연결돼 전하가 인가되기 전까지는 비극성 상태를 유지한다. 이와 같은 방식으로 설계하고 출고하는 것은 여러 측면에서 유리히다.
배터리가 초기 0V 상태로 유지될 때는 잘못된 회로 설계나 배치의 위험이 줄어든다. 또 극성이 변수로 작용하지 않기 때문에 프로토타입 단계에서 완전한 설계 자유도를 확보할 수 있다.
납땜 전에 배터리를 충전하는 것도 가능하지만 그렇게 할 경우 PCB 조립 과정에서 정렬의 정확성을 보장하기 어렵게 만들 수 있다.
더불어 출하시 전하가 없으므로 다른 리튬 배터리 화학 조성이나 일반적으로 충전된 배터리에 적용되는 운송 제한을 피할 수 있다.
- 세라차지는 충전되지 않은 상태로 제공된다.
- 납땜 전에 세라차지 칩 충전을 삼가야 한자.
- 첫 충전은 납땜이 완료된 후에 수행해야 한다.
그 외 주요 고려 사항으로는 작동 습도 수준, 충전 중 발생하는 부피 변화, 그리고 몇 차례의 충·방전 사이클이 완료되기 전까지 나타나는 공칭 용량의 변동이 있다.
- 세라차지 부품은 당사 사양서에 기재되지 않은 용도로는 사용하지 말아야 한다.
- 설계 단계에서 신뢰성 평가를 수행해 세라차지의 적합성을 확인해야 한다.
- 세라차지 부품은 항상 최악의 응용 조건에서 평가해야 한다.
- 안전이 중요한 응용 분야(예: 의료 장비, 자동차)에 사용될 세라차지 장치의 신뢰성에 특별히 유의해야 한다.
- 세라차지 부품은 상대 습도 60% 미만의 환경에서 사용할 것을 권장한다
- 세라차지 부품을 병렬 또는 직렬로 다수 사용할 경우 각 부품이 사양에 명시된 전압 범위 내에서 작동하도록 주의해야 한다.
- 배터리 충전시 내부 전기화학 반응으로 인해 활물질의 부피 변화가 발생할 수 있으며 이로 인해 응력 완화가 일어날 수 있음을 유의해야 한다.
- 극성은 최초 충 시 적용된다.
- 공칭 용량은 몇 차례(일반적으로 3회 이상)의 충·방전 사이클 후에 확인될 수 있다.
일반적으로 주어진 작동 환경 조건은 밀폐형 응용이 바람직함을 의미한다. 이러한 환경은 온도와 습도가 제어되는 건물 내부이거나 주변 조건이 부적합할 경우를 대비한 인클로저 내부일 수 있다.
-세라차지는 지정된 작동 온도 범위와 권장 상대 습도 조건 내에서만 사용해야 한다.
- 세라차지는 지정된 전압 및 전류 범위 내에서만 사용해야 한다.
- 세라차지는 건조한 환경에서 운용해야 하며 이 환경에는 추가적인 화학 증기나 물질이 포함돼서는 안된다.
- 환경 조건으로 인해 세라차지가 손상되지 않도록 보호하고 액체나 용제와 접촉하지 않게 주의해야 한다.
- 결로(이슬 맺힘)와 응축을 피해야 한다.
- 세라차지 부품은 주로 밀폐형 응용을 위해 설계됐다. 어떠한 상황에서도 다음 요소에 노출되지 않도록 해야한다. (비 또는 결로, 증기 또는 염분 분무, 부식성 가스)
이 목록은 완전한 목록은 아니며 TDK일렉트로닉스의 경험을 반영한 것리다.
납땜 후에는 보호 코팅(캡슐화)을 권장한다. 기계적 클램핑은 피해야 한다.
세라차지 배터리에는 3가지 충전 방식이 있다. 각 방식마다 서로 다른 제어 회로가 필요하며 이 회로들은 배터리에 내장돼 있지 않다.
이 리튬 세라믹 산화물 배터리는 컴팩트한 1812 패키지 크기로 IoT, 저전력 에너지 하베스팅 및 저장 시스템 등을 위한 소형화 및 임베디드 솔루션에 초점을 맞추고 있다. 단순한 설계 덕분에 표준 PCB 아키텍처에 쉽게 통합할 수 있으며 자동화된 대량 생산 공정에도 적합하다.
이러한 TDK 리튬 세라믹 산화물 배터리를 설계하고 운용하기 위해서는 일정한 사전 검토와 이해가 필요하다.
TDK는 사용자가 초기 설계를 시작할 수 있도록 지원하는 2가지 핵심 문서를 제공하고 있으며 이 문서에는 매우 상세한 기술 정보가 포함돼 있다.
TDK 세라차지 재충전식 다층 세라믹 배터리 데이터시트
이 문서에는 ▲일반 기술 데이터(전기적 사양) ▲권장 충전 프로파일 ▲방전 특성 ▲온도 특성 ▲사이클 특성 ▲대표 펄스 전력 ▲치수 도면 ▲리플로우 납땜 프로파일 ▲주의 및 경고 사항(일반, 설계 참고사항, 보관, 취급 등) 등 항목이 포함돼 있다.
이 문서에는 ▲개요 ▲주요 장점 및 사양 ▲보호 코팅(온보드 코팅) ▲기본 사용법 ▲직렬 및 병렬 연결 ▲추가 응용 참고 사항 등의 항목이 포함돼 있다.
DK 리튬 세라믹 산화물 배터리를 다른 배터리 화학 조성과 비교하려면 디지키 홈페이지에서 충전식 배터리 카테고리를 참조하면 된다.