타사 노트북을 구매하면 배터리 사이클, 배터리 헬스 등을 챙겨가며 사용하는 사용자를 거의 보지 못했습니다. 그러나 맥북을 구매하면 사용시간, 배터리 사이클, 배터리 헬스 등의 내용을 검색하고, 검색한 내용을 바탕으로 철저하게 배터리 관리를 하려는 유저들이 많고, 또 잘못된 지식을 가지고 있는 내용이 많아서 정확한 데이터를 토대로 정보를 공유하고자 합니다.
1. 애플의 배터리 [리튬 이온 배터리]
애플은 모든 배터리를 리튬 이온 배터리를 사용하고 있습니다. 리튬 이온 배터리는 타 배터리에 비해 가볍고 밀도가 높아서 작은 사이즈에도 많은 에너지를 가지고 있습니다. 리튬 이온 배터리는 말 그대로 리튬 이온의 화학적 반응에서 발생하는 전기 에너지를 사용합니다. 내부에는 리튬이온의 양극과 음극이 있고, 이온이 움직이는 전해질, 안정성을 높히는 분리막으로 구성되어 있습니다. 가볍고 에너지 밀도가 높지만, 스웰링현상 (부풀어 오름)이나 저온/고온에서 성능이 급격히 낮아지는 등의 단점이 있습니다.
2. 배터리 용어
맥북 종류의 배터리에서 중요한 항목은 딱 두가지 입니다. 최대 충전 용량과 배터리 사이클 입니다. 물론 다른 용어도 알아두면 나쁠건 없지만 잘 모르거나, 귀찮다 싶으면 최대 충전 용량 그리고 배터리 사이클 이 두가지만 확실히 알아두셔도 됩니다.
- 충전 잔량 (mAh) : 현재 배터리에 남아있는 용량
- 최대 충전 용량 (mAh) : 현재 배터리가 최대로 저장할수 있는 용량
- 사이클 수 : 최대 충전 용량 만큼 배터리를 사용(방전)한 횟수
- 암페어(mA) : 현재 배터리에서 사용하는 전류량, 마이너스(-)값을 가지면 현재 방전중, 0 값을 가지면 충전이 완료되고 충전기 전력
으로 사용중, 플러스(+)값을 가지면 현재 충전중
3. 배터리 사이클
맥을 처음 접하거나 제대로 알지 못하고 계신 분들은 배터리 사이클을 너무 중요하게 생각합니다. 물론 배터리 사이클 수가 배터리 수명과 밀접한 영향을 가지고 있지만, 사이클 수가 낮다고 해서 반드시 배터리가 좋은 상태인건 아닙니다.
배터리 사이클은 배터리가 얼마나 많이 방전되었냐를 확인하는겁니다.
배터리 사이클은 오직 배터리가 방전되는 양과 관계가 있습니다. 배터리가 가지고 있는 최대 충전 용량 만큼 배터리가 방전되면 배터리 사이클 수가 1만큼 증가합니다. 위 그래프를 보면 최초 충전을 100% 하고나서, 75%를 사용(방전)하고, 다시 75%를 사용합니다. 이때까지만 해도 배터리 사이클은 증가하지 않습니다. 여기서 다시 25%를 사용(방전)하면 총 사용량이 100%가 되기 때문에 배터리 사이클 수가 1만큼 증가합니다. 마지막으로 25%만큼 다시 충전을 한다고 해도 배터리 사이클 수는 증가하지 않습니다.
충전기에 연결해 두고 써도 배터리 사이클은 올라갑니다. 충전기에 연결한다고 해도 배터리가 시간이 지남에 따라 일부는 자연방전이 되거나, 노후화로 인해 성능 자체가 떨어지게 됩니다. 따라서 충전기에 계속 연결한 상태에도 매우 작은량의 배터리가 방전/충전을 반복하게 되면서 배터리 사이클이 올라가긴 합니다.
일반적으로 중고제품을 판매할 때 배터리 사이클이 낮아서 새제품과 비슷하다고 판매하는 몇몇 매물이 있습니다. 배터리 사이클이 낮으면 새제품과 비슷할 수 있습니다. 하지만 2~3년 된 모델이 배터리 교체 없이 배터리 사이클 수가 50 이하면 배터리 상태를 의심해야 합니다.
4. 최대 충전 용량과 배터리 헬스
최대 충전 용량은 위에서 설명한 것 처럼 현재 배터리가 최대로 저장할 수 있는 용량입니다. 배터리의 최대 충전 용량은 온도/상태/연식/사이클 수 등에 따라 변하게 됩니다. 하지만 배터리의 설계 충전 용량은 일정한 값으로 정해져 있습니다.
아래 표는 맥북의 기종별 설계 충전 용량 입니다.
해당 표에서 중요한 항목은 Maximum Design Capacity(최대 설계 용량)입니다. 최대 설계 용량이 중요한 이유는 배터리 헬스를 측정하는데 반드시 필요한 항목이기 때문입니다.
배터리 헬스는 최대 설계 용량대비 최대 충전 용량의 비율로 나타낼 수 있습니다. (최대 충전 용량/ 최대 설계 용량)
일일이 계산하기 복잡하다면 Coconut Battery 라는 응용프로그램을 사용해도 됩니다.
coconutBattery 3.8 - by coconut-flavour.com
"Design capacity" is the capacity your battery should have, when it left the factory. As battery manufacturing is still a more or less chemical process, it may be higher (congratulations) or lower when it is put into your MacBook.
coconut-flavour.com
코코넛 배터리를 설치해서 실행하면 위와 같은 응용프로그램이 실행됩니다. 빨간 박스에 보이는 항목에 최대 설계 용량이고. 아래 나오는 % 게이지는 배터리 헬스 입니다. 배터리 헬스가 80% 미만으로 떨어지게 되면 배터리 수리 서비스 경고창이 나오게 됩니다.
배터리 헬스는 배터리 성능에서 가장 중요한 항목입니다. 애플은 배터리를 가지고 있는 맥북을 사이클 1,000회 사용시 배터리 헬스가 80% 까지 보전되도록 설계했다고 합니다만, 사용 온도, 충전방식, 사용 방식에 따라 배터리 헬스 소모량이 달라집니다.
5. 배터리 노후화
출처 : https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries
리튬 이온 배터리의 수명에 영향을 미치는 요소는 크게 4가지가 있습니다.
- 온도 (Temperature)
- 충전 전압 (Charge Volatge)
- 전류 방전량 (Dischage Current Rate)
- 방전깊이(양) (Depth of Discharge)
아래 분석은 배터리가 노후화 되는 헬스를 70%로 선정하였으며, 표나 그래프에 나오는 사이클 값이 배터리 헬스가 70%로 떨어지는 값입니다.
우선 충전 사이클에 따른 배터리 노후화 과정을 살펴보면 아래 그래프와 같습니다.
1,500mAh 를 가지는 11개의 배터리를 Cadex C7400 배터리 테스터기를 통해 사이클이 0일 때 충전잔량을 확인하고, 1.5A/4.2V 속도로 완충, 75mA로 포화충전시킨 뒤, 3V/cell의 속도로 방전시키는 작업을 반복한 데이터 값입니다.
데이터 값을 분석하면 배터리 노후화로 인한 용량 손실은 배터리마다 차이를 보였지만, 사이클이 증가함에 따라 배터리 총용량도 선형적으로 감소함을 알 수 있습니다.
이 실험에서는 배터리 충전/방전을 0% 에서 100% 까지 사용한 경우입니다.
두번째로 배터리의 방전 깊이(양) [Depth of Discharge] 에 따른 배터리 용량 변화는 아래 표와 같습니다.
100% DoD는 완전히 방전하고 완전히 충전을 반복한 경우이며,
10% DoD는 전체 총량의 10%만큼 방전과 충전을 반복할 경우에 NMC 배터리(니켈망간코발트)와 리튬폴리머 배터리 헬스가 70% 까지 떨어지는 사이클 수를 정리한 표입니다.
완충/완방을 할 경우 리튬폴리머 배터리는 600 사이클만에 배터리 헬스가 70%까지 떨어진 반면, 10%만큼만 충전/방전을 반복하면 배터리 헬스가 70%까지 도달하는데 무려 15,000사이클이 필요하다는것을 알 수 있습니다.
두번째 표를 통해 알 수 있는건, 수시로 충전하면서 사용하는게 배터리 노후화를 늦추는 방법이라는 점입니다.
세번째는 보관 온도에 따른 배터리 용량의 변화입니다.
각각의 온도에서 40% 충전된 상태, 100% 충전된 상태에서 1년을 보관할 경우 배터리 총량의 변화를 나타낸 표입니다.
40% 충전된 상태에서는 30도 이하에서는 큰 변화가 없으나, 40도 가 넘어가게되면 배터리 총량이 많이 감소하는것을 알 수 있습니다.
또 장기간 보관시 완전히 충전시키는것 보다 40%~60% 정도의 용량만 충전하고 보관하는게 배터리 노후화를 늦출 수 있다는 것을 알 수 있습니다.
네번째는 셀당 충전 전압에 따른 배터리 노후 사이클와 충전용량입니다.
4.3V 부터 3.9V 까지 0.1V 씩 감소시키면서 충전을 할 경우
고전압으로 충전하면 충전용량이 많아지지만 그만큼 배터리 헬스가 70% 까지 도달하는 사이클 수가 낮으며, 저전압으로 충전시키면 배터리 노후화가 늦게 일어나나, 충전용량이 적어져 완전충전하기 어렵다는 것을 알 수 있습니다.
일반적으로 대부분의 스마트폰이 배터리 사이클 수가 500이 되면 노후화가 일어나는데, 좌측 표를 보면 100% 충전용량을 가질 때 노후화가 되는 사이클 수 시점이 300~500 이라는 것을 알 수 있습니다.
배터리 수명만 놓고 본다면 저전압으로 충전시키는게 가장 효과적이지만, 완전충전이 불가능하다는 단점이 있고, 고전압으로 충전시키면 충전용량이 커지고 충전속도가 빨라지지만 배터리 수명이 낮아진다는 단점이 있습니다.
애플은 80%까지는 전압을 높혀 고속으로 충전시키고, 이후 배터리 충전량이 80%가 넘어가면 전압과 전류량을 낮춘 세류 충전을 통해 배터리 노후화를 억제하는 기술을 사용하고 있습니다.
6. 배터리 사용법
포스팅 내용을 읽고 이해했다면 배터리의 효율적인 사용 방법을 알 수 있습니다. 그러나 이 모든 내용을 반드시 지켜가면서 사용하기에는 정신적인 스트레스도 유발할 뿐만 아니라, 소모품인 배터리를 아껴봤자 자연적으로 노후화 되기 때문에 극단적으로 배터리를 아끼면서 사용할 필요는 없습니다.
위 글을 읽어도 무슨 말인지 전혀 모르겠거나, 읽기 귀찮으신 분들은 최소 아래 4가지 사항은 꼭 지켜가며 사용하시면 됩니다.
- 충전이 가능한 상황이면 수시로 충전시킬것
- 완전충전과 완전방전은 배터리 수명을 단축시키는데 가장 큰 역할을 함
- 리튬 이온 배터리는 소모품이라서 안써도 노후화가 진행되니 배터리 아껴가면서 사용하지 말것
- 온도에 민감한 배터리는 주변 온도 극저온(0°C 미만)이나 고온(40°C) 이상에서는 사용하지 않을것
하루에 60%만큼 배터리를 사용하고 충전할 경우 배터리 헬스가 70% 이하로 떨어지는 사이클이 3,000 입니다. 하루에 배터리를 60%씩 사용하고 충전하게 되면 5일을 사용해야 3사이클이 증가합니다. 그러면 배터리 헬스가 70%까지 떨어지려면 이론상 5,000일을 써야하는데, 주변 환경이나 온도, 등에 따라 변수를 집어 넣는다고 해도 최소 1,000일은 써야 베터리 헬스가 70%까지 떨어집니다. 또 배터리 헬스 95%와 90%의 실사용시간 차이는 20분 미만으로 차이납니다. 배터리로 30분정도 더 쓰자고 너무 세심하게 배터리 관리를 할 필요가 과연 있을까요? 배터리로 인해서 스트레스 받지 않고 편하게 사용하시기 바랍니다.
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