배터리 SOH 측정 방법: BMS 추정값과 실제 용량 시험은 왜 다를까?

배터리 SOH는 용량을 직접 시험해서 구할 수도 있고, BMS가 사용 중 모은 정보를 바탕으로 추정할 수도 있습니다. 같은 배터리라도 두 결과가 꼭 같지는 않습니다. 시험할 때의 온도와 전류가 다르거나, 비교 기준으로 삼은 용량이 다를 수 있기 때문입니다.

그렇다면 배터리에서 전기를 얼마나 꺼낼 수 있는지는 어떻게 확인하고, BMS는 그 값을 어떻게 알아낼까요? SOH 80%의 의미와 SOC의 차이에 이어, 이번에는 SOH를 구하는 과정을 살펴보겠습니다. 여기서 다루는 SOH는 현재 용량을 처음 기준 용량과 비교한 값입니다.

목차

1. 용량 시험은 어떻게 할까
2. BMS는 배터리 용량을 어떻게 알아낼까
3. 시험 결과와 화면의 SOH가 다른 이유
4. 두 결과를 비교하기 전에 확인할 것

용량 시험과 BMS 추정은 값을 얻는 과정이 다릅니다

용량 시험은 충전한 배터리를 방전하면서 확인합니다

먼저 제조사가 정한 방법으로 배터리를 충전합니다. 이후 정해진 온도와 전류로 방전하면서, 전류가 얼마나 오래 흘렀는지 기록합니다. 방전을 멈추도록 정한 전압에 도달할 때까지 흘러나온 전하량이 그 시험에서의 용량입니다. 시험 전후에 배터리를 쉬게 두는 시간도 맞춰야 이전 결과와 비교하기 좋습니다.

전류가 일정할 때: 용량 Q(Ah) = 방전 전류 I(A) × 방전 시간 t(h)

예를 들어 2A로 2시간 방전했다면 용량은 4Ah입니다. 처음에 같은 조건으로 시험한 용량이 5Ah였다면, SOH는 4 ÷ 5 × 100 = 80%가 됩니다. 이 식의 시간 단위는 ‘시(h)’입니다. 2시간을 7,200초로 넣으려면 2 × 7,200 ÷ 3,600으로 계산해야 합니다.

방전 중 전류가 달라진다면 짧은 시간으로 나눠 계산하면 됩니다. 각 구간의 전류와 시간을 곱한 뒤 모두 더하는 것입니다. 식으로 쓰면 Q(Ah) ≈ Σ[I(A) × Δt(s)] ÷ 3,600입니다. Σ는 각 구간의 값을 더한다는 뜻이고, Δt는 그 구간의 시간입니다. 방전 전류의 크기를 양수로 놓은 식이며, 기록 간격이 충분히 짧고 전류를 정확히 측정해야 오차를 줄일 수 있습니다. 이렇게 구한 Ah는 전하량으로, 에너지를 나타내는 Wh와는 다릅니다.

전류와 시간으로 방전 용량을 계산하는 방법

BMS는 평소에 쌓인 데이터로 용량을 추정합니다

BMS 화면에 SOH가 표시된다고 해서 내부에 SOH를 직접 재는 센서가 있는 것은 아닙니다. 센서가 측정하는 것은 전압·전류·온도입니다. BMS는 이 값과 배터리의 특성 정보를 바탕으로 현재 용량을 추정합니다. 배터리 상태를 살피고 이상이 생겼을 때 보호하는 기능은 BMS의 핵심 기능에서 따로 설명했습니다.

예를 들어 TI의 Impedance Track 방식은 배터리를 쉬게 뒀을 때의 전압, 충방전 중 누적된 전하량, 내부저항과 온도 등을 함께 봅니다. 이 정보로 배터리 용량을 학습하고, 방전을 멈추는 전압에 도달할 때까지 쓸 수 있는 용량을 계산합니다. BMS마다 사용하는 알고리즘이 다르므로, 이런 계산 과정을 모든 제품에 똑같이 적용할 수는 없습니다.

그렇다고 SOH를 확인할 때마다 배터리를 0%까지 써야 하는 것은 아닙니다. 용량을 학습하는 데 필요한 충방전 범위와 쉬는 시간은 제품마다 다릅니다. 개발 과정에서 진행하는 초기 학습 시험을 일반 사용자가 그대로 따라 할 필요도 없습니다. 수치를 보정하려고 제조사 안내 없이 완전 방전을 반복하는 일은 피하는 것이 좋습니다.

시험 결과와 화면의 SOH가 다르면 기준부터 확인합니다

먼저 처음 용량을 무엇으로 잡았는지 확인해야 합니다. 용량 시험은 처음 직접 측정한 값을 기준으로 했는데, BMS는 설계 용량을 기준으로 계산했을 수 있습니다. 현재 용량이 같아도 나누는 값이 다르면 SOH는 달라집니다.

온도와 전류도 확인할 부분입니다. 시험 결과는 그때 실제로 꺼낸 전하량이고, BMS의 표시값은 정해진 온도와 부하를 기준으로 계산한 용량일 수 있습니다. 예를 들어 TI BQ28Z610-R1은 SOH 계산용 용량을 구할 때 초기 주변 온도를 25℃로 놓고, 따로 설정한 부하와 열 모델을 사용합니다. 다른 온도와 전류로 시험했다면 결과가 달라질 수 있습니다. 이 25℃ 설정은 해당 제품의 사례입니다.

마지막으로 BMS가 언제 값을 갱신했는지도 봐야 합니다. 전류 측정 오차가 쌓이거나 배터리 특성 정보가 잘 맞지 않으면 추정값이 달라질 수 있습니다. 용량을 새로 학습할 조건이 갖춰지지 않아 이전 값이 남아 있을 수도 있습니다. 화면의 숫자가 바뀌었다고 해서 그 순간 배터리의 실제 용량도 똑같이 변했다고 보기는 어렵습니다.

숫자 옆에 시험 조건을 적어두면 비교가 쉬워집니다

확인할 항목	살펴볼 내용
시험한 배터리	셀·모듈·팩 중 무엇을 확인했는지
용량의 단위	전하량 Ah인지, 에너지 Wh인지
처음 기준 용량	설계·정격 용량인지, 처음 실측한 용량인지
시험 조건	온도, 충방전 전류, 상·하한 전압, 쉬는 시간
BMS 계산 조건	알고리즘과 설정, 학습 여부, 값을 갱신한 시점

짧은 전류 펄스로 측정한 DCIR도 용량 시험과는 구분해야 합니다. 내부저항은 전압이 얼마나 떨어지는지, 필요한 출력을 낼 수 있는지 살펴보는 데 도움이 됩니다. 하지만 저항이 몇 % 늘었다고 용량도 그만큼 줄었다고 계산할 수는 없습니다. 두 시험을 함께 본다면 DCIR 측정의 SOC·온도·시간 조건도 확인해야 합니다.

SOH가 다르게 나왔을 때는 어느 숫자가 맞는지부터 따지기보다, 같은 배터리를 같은 기준으로 비교했는지 살펴보는 것이 먼저입니다. 처음 기준 용량, 온도와 전류, BMS가 값을 계산한 조건을 확인하면 실제 용량이 변한 것인지, 측정 방식 때문에 차이가 난 것인지 판단하는 데 도움이 됩니다.

참고 기술 자료

• TI — Impedance Track의 용량 학습과 계산 원리