무정전전원공급장치(UPS)용 리튬이온 배터리에 대한 장점과 오해
VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 배터리와 비교할 때 리튬이온 배터리가 제공하는 장점은 다양하다.
우선 최대 2배까지 제공되는 긴 사용수명과 가벼운 중량, 동일성능비 작은 크기로 설계할 수 있으며 충전시간도 빠르게 단축할 수 있다. 높은 온도에서도 가동할 수 있으며 기본적으로 제공하는 통합 배터리관리시스템(BMS)으로 원격 모니터링도 할 수 있어 두루 적용되는 친환경 솔루션이라고 할 수 있다.
리튬이온은 무정전전원공급장치(UPS) 시스템에 관한 한 획기적인 배터리 기술이다. VRLA 배터리는 수십 년 동안 업계에 큰 도움이 되었지만 UPS 시스템에 리튬 이온 배터리를 사용할 때의 이점은 무시하기에는 너무 크다.
오랜 지속성, 더 적은 유지보수의 필요성
리튬이온 배터리는 VRLA 배터리의 최대 2배까지 지속된다. VRLA 배터리의 일반적인 수명은 3~5년인 반면 리튬이온 UPS 배터리는 UPS 자체 수명만큼 8년에서 최대 10년 이상 지속될 수 있다.
따라서 UPS 사용연한 동안 배터리를 교체할 필요가 없어 운영 비용을 절감하고 유지보수로 인한 가동 중지 시간을 줄일 수 있다. 리튬이온은 VRLA 배터리보다 더 많은 충전/방전 주기를 견딜 수 있는데, 그 차이는 3000~5000 주기 대 200~500주기다. 이를 통해 리튬이온 배터리의 수명이 최대 8년에서 10년까지 늘어날 수 있다.
리튬이온 배터리는 성능 저하 없이 VRLA 배터리보다 더 높은 온도를 견딜 수 있다. VRLA 배터리는 25도 이상에서 9도씩 온도가 상승할 때마다 평균 수명이 약 절반으로 줄어 성능이 크게 저하된다.
리튬이온 배터리는 성능 문제없이 최대 40도의 온도에서 작동할 수 있다. 이러한 특성으로 인해 비전통적이고 열악한 환경(예: 산업용/엣지 애플리케이션)에서 리튬이온 배터리를 장착한 UPS를 사용할 수 있다.
VRLA 배터리에 비해 40~60% 더 가볍고 크기도 약 40% 더 작게 설계할 수 있는 점도 특징이다. 이로 인해 UPS와 배터리를 랙이나 그 외의 다른 곳에 설치하기가 훨씬 쉬워지므로 설치 옵션 측면에서 유연성을 제공한다.
리튬이온 UPS 배터리의 작은 크기로 인해 업체들은 동일한 규모의 공간에서 훨씬 더 많은 백업 시간을, 또는 더 작은 규모의 공간에서 이전과 동일한 백업 시간을 얻을 수 있다. 따라서 엣지컴퓨팅과 소규모 데이터센터 공간에 대한 수요가 높은 오늘날의 상황에서 이는 이러한 애플리케이션의 보호에 상당한 차이를 만들 수 있다.
한편 백업전원이 필요한 경우 UPS 배터리를 최대한 빠르게 최대 용량으로 충전해야 한다. VRLA 배터리는 전체 실행 시간 용량의 0%에서 90%까지 충전하는 데 12시간이 소요될 수 있지만 리튬이온 배터리는 2~4시간이면 된다. 이는 UPS 배터리가 완전히 충전되기 전에 또 다른 가동 중단을 겪을 위험을 전반적으로 줄여준다.
통합배터리관리시스템(BMS)
VRLA 배터리와 달리, 리튬이온 배터리에는 배터리 전지를 온도, 전류 및 과충전 또는 약충전 문제로부터 보호하는 통합배터리관리시스템(BMS)이 기본적으로 제공된다. BMS는 지속적으로 배터리 충전을 최적화하여 성능을 극대화하고 배터리의 수명을 늘린다.
한편 다음과 같은 여러 장점을 통해 최대 50%의 총소유비용(TCO)을 절감할 수 있다.
- 기존의 VRLA 배터리에 비해 더 긴 수명
- 더 많은 충전/방전 주기 및 더 높은 온도를 견딜 수 있는 기능
- 정상적인 상황에서 배터리 교체할 필요 없어 유지보수 비용을 절감
- 공간 요구 사항 및 설치 비용 절감
리튬이온 배터리에 대한 오해 – 위험하다 vs 안전하다?
일부에서는 리튬이온 배터리의 자연 발화 사건과 관련해 기술의 안전에 대해 우려할 수도 있다. 열폭주라고 하는 이러한 종류의 과열 문제가 있는 배터리 유형은 주로 핸드폰과 전기 스쿠터에 사용되며 UPS 시스템에서 사용되는 배터리와는 상당한 차이가 있다.
한 가지 큰 차이점은 UPS용 리튬 이온 배터리에 사용되는 배터리 셀 패키징에 있다. 이 패키징은 열폭주로 인한 과열을 억제할 수 있게 함으로써 추가적인 안전장치를 제공한다. 그리고 특정 배터리 시스템에 이러한 안전 기능이 포함되어 있음을 보장하는 표준 및 인증이 다양하게 있다.
북미에서는 UL1973이UPS 및 기타 ‘비유동적’ 응용 제품용으로 시스템에 사용되는 배터리의 화학물질 및 인클로저에 적용된다. 마찬가지로 리튬 배터리용 UL1642 표준은 화재 또는 폭발 위험을 줄이기 위한 사양을 정의한다.
다른 국제 표준으로는 리튬이온 배터리의 테스트 및 작동에 적용되는 국제 전기 기술 위원회 표준인 IEC62133과 배터리 수송에 적용되는 UN 표준 UN38.3이 있다.
이렇듯 UPS 시스템에 사용되는 리튬이온 배터리의 안전한 구성 및 사용을 보장하기 위한 여러 표준 및 모범 사례가 있다. UPS 공급업체가 모든 표준에 대한 최신 정보를 갖추고 제품이 규정을 준수하는지 확인해야 하며, 버티브와 같이 위에 명시된 모든 사양 및 그 이상을 완벽하게 준수하는 기업을 파트너로 고려하는 것이 중요하다.