고속 충전기 원리는 무엇인가요?

Question

우리가 가장 대표적으로 충전하는 스마트폰 충전을 기준으로 할 때 일반 충전기와 고속 충전기가 있는데 고속 충전기는 정말 빠르게 충전되는데 그 원리가 무엇인가요?

김재훈 전문가 · Accepted Answer

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.고속 충전기는 전압 또는 전류를 높여 빠른 속도로 배터리를 충전하는 방식입니다 일반적으로 전압을 높이는 방법을 사용하며 이는 배터리에 공급하는 전력량을 늘려 충전 속도를 빠르게 하는 겁니다 하지만 고속 충전은 발열 증가 배터리 수명 감소등의 단점이 존재 합니다

멋쟁이야나는 · Answer

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.고속 충전기는 일반 충전기보다 더 높은 전류를 제공하여 더 빠르게 배터리를 충전할 수 있습니다. 이는 주로 두 가지 방법으로 이루어집니다. 첫 번째는 고전압을 사용하여 전력을 증가시키는 것이고, 두 번째는 특정한 프로토콜을 사용하여 충전 속도를 최적화하는 것입니다.

설효훈 전문가 · Answer

안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 고속충전기와 일반충전기의 충전원리는 다음과 같습니다. 예로 1000mAh의 리튬이온 배터리를 장착한 스마트폰이 있습니다. 이 배터리를 전압(V)과 전류(I)의 곱인 용량(P)으로 나타내면 다음과 같습니다. 3.7V x 1A= 3.7Wh 즉 1000mAh의 배터리는 정격전압 일때의 용량으로 표시하면 3.7Wh입니다. 마찬가지로 3000mAh의 배터리는 3.7V x 3A = 11.1Wh 입니다. 이 배터리를 일반충전기와 고속충전기로 충전시켜 보겠습니다. 일반충전기는 충전전압이 5V이며 1A의 충전전류로 배터리를 충전한다고 했을때 충전기의 충전용량은 5V x 1A = 5W입니다. 이 일반충전기로 위의 1000mAh(3.7Wh) 배터리를 충전한다고 하면 3.7Wh/5W = 0.74h(hour) = 44.4분 걸립니다., 즉 1000mAh 배터리를 일반 5W 유선충전기로 충전하면 44.4분 걸립니다. 3000mAh(11.1Wh)를 동일하게 충전하면 11.1Wh/5W = 2.22h = 2시간13분 걸립니다.

고속충전기는 충전전압을 5V가 아닌 9V로 올려 충전합니다. 전압을 9V로 올렸지만 충전전류는 그대로 1A가 흐른다고 했을때 충전기의 충전용량은 9V x 1A = 9W입니다. 이 고속충전기로 위의 1000mAh(3.7Wh) 배터리를 충전한다고 하면 3.7Wh/9W = 0.41h =41분, 즉 1000mAh 배터리를 9W 고속충전기로 충전하면 41분 걸립니다. 3000mAh(11.1Wh)를 동일하게 충전하면 11.1Wh/9W = 1.23h = 1시간13분 걸립니다.

[ 정리 ]

1000mAh 배터리를 5W 유선충전기로 충전하면 44분 / 9W 고속충전기로 충전하면 41분 걸린다.(차이가 3분으로 작다)

3000mAh 배터리를 5W 유선충전기로 충전하면 2시간13분 / 9W 고속충전기로 충전하면 1시간13분 걸린다. ( 차이가 1시간으로 크다)

같은 전류(1A)로 충전한다고 했을때 충전 전압을 올리면(5V -> 9V) 더 빨리 충전할 수 있습니다. 이것이 고속충전기의 원리입니다. 물론 더 큰 충전전류로 충전할수도 있지만 전류를 증가시키는것은 열 발생 및 대전류에 견디는 부품 개발등이 어렵기 때문에 상대적으로 쉬운 전압을 올려서 더 빠르게 충전하는 방법을 사용하고 있습니다.

출처 : KIT LAB - 고속충전기의 원리가 궁금합니다.