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고속 충전이 휴대폰 배터리를 망가뜨리지 않는 이유

Florian Kastner | COMPUTERWOCHE 2023.05.19
고속 충전 기능은 의심할 여지없이 최신 스마트폰의 인기 있는 기능 중 하나이다. 낮에도 오래 기다리지 않고 완전 충전을 할 수 있기 때문에 실용적이다.

고속 충전 기술을 놓고 스마트폰 업체 간의 경쟁도 치열하다. 샤오미는 올해 2월 MWC에서 인상적인 충전 기술을 선보였는데, 300와트 충전으로 4,300mAh 용량의 홍미 스마트폰을 단 5분 만에 '완충'했다. 300와트는 아직 먼 미래의 일이지만, 중국 제조업체의 스마트폰은 비교적 충전 속도가 빠르다. 150와트 충전으로 20분 만에 배터리를 완전 충전하는 원플러스의 10t는 여전히 인상적인 속도이다. 반면 삼성과 애플은 각각 최대 45와트, 약 30와트로 고속 충전을 다소 다르게 정의한다.
 
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하지만 충전 속도가 빨라지는 만큼 스마트폰 사용자의 우려도 커지고 있다. 고속 충전이 휴대폰 배터리의 상태에 나쁜 영향을 미치지 않을지 걱정하는 것이다. 여기서는 이런 우려에 대한 해답을 찾아보고자 한다. 고속 충전이 휴대폰에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 실제로 배터리를 망칠 수 있는지 알아보자.
 

충전 과정에서 일어나는 일

모든 최신 스마트폰은 리튬 이온 배터리 또는 리튬 폴리머 배터리를 사용한다. 동작 방식은 둘 다 동일한데, 기본적으로 음극과 양극, 전해질로 구성된다. 휴대폰에 전력을 공급하는 에너지는 음의 리튬 이온이 전해질을 통해 양극으로 흐를 때 생성된다. 배터리가 방전되면 이 흐름이 멈춘다. 충전 과정에서 리튬 이온은 다시 음극으로 이동하여 사이클이 다시 시작될 수 있도록 한다.

배터리는 일종의 스펀지처럼 작동하기 때문에 충전 과정이 선형적이지 않다. 배터리가 비어있을 때 가장 많은 에너지를 흡수하고 거의 가득 차면 덜 흡수하는 식이다. 따라서 포화 상태에 가까울수록 충전 효율이 떨어지고 충전 곡선이 더 평평해집니다. 반면에 충전 전압은 최대 전력에서 시작해 상대적으로 빠르게 떨어진다.
 

휴대폰 배터리 성능 저하 문제

고속 충전 여부와 관계없이 모든 배터리는 시간이 지남에 따라 마모된다. 이는 리튬 이온의 흐름이 항상 약간의 열을 방출하고 화학 공정이 매우 민감하게 반응하기 때문이다. 따라서 비효율적인 충전은 더 많은 열을 방출하므로 배터리가 비교적 가득 차 있을 때 휴대폰을 연결해서는 안 된다.

참고고 아이폰에서는 이러한 자연스러운 마모 상태를 확인할 수도 있는데, 설정> 배터리> 배터리 상태에서 사용 가능한 최대 배터리 용량을 백분율로 확인할 수 있다.

따라서 열은 배터리의 성능이 저하되는 주된 원인이다. 배터리에 더 많은 전류가 흐를수록 더 많은 열이 발생하기 때문에 많은 사용자가 "고속 충전" 기능에서 이 문제를 우려한다. 급격한 발열로 인해 전해질이 결정화되어 전극 사이의 이온 전류가 완전히 차단되는 경우도 발생할 수 있다.

여기서 중요한 것은 제조업체 역시 이 사실을 알고 있다는 점이다. 따라서 고속 충전 중에 평소보다 더 많은 열이 발생하는 것을 방지하기 위해 여러 가지 중요한 예방 조치를 적용한다.
 

새로운 기술이 필요한 고속 충전

최근 몇 년 동안 파워 서플라이의 전송 전력을 높이기 위해 다양한 고속 충전 표준이 개발됐다. 대표적인 것인 퀄컴 퀵차지 프로토콜인데, 버전 5는 약 100와트 충전을 지원한다.

원플러스의 기술인 워프차지(WarpCharge)는 65와트 충전을 지원한다. 또 다른 표준으로는 같은 그룹에 속해 있는 오포(Oppo)의 VOOC 플래시 차지(Flash Charge)가 있다. 앞서 소개한 원플러스 10T에는 160와트 SUPERVOOC 파워 서플라이가 함께 제공된다. 다른 표준으로는 USB 파워 딜리버리, 어댑티브 차지 (삼성), 터보파워(TurboPower, 모토로라) 등이 있다.

휴대폰 배터리를 보호하는 방법은 여러 가지가 있는데, 가장 일반적인 해법은 다음과 같다.
 
  • 통합 전원 관리 기능이 있는 파워 서플라이
  • 병렬 충전
  • 추가 냉각 하드웨어

고속 충전 기능이 있는 많은 스마트폰에는 집적 회로가 있는 파워 서플라이가 함께 제공된다. 이를 통해 열 에너지가 휴대폰에 닿기 전에 방출한다. 이 솔루션의 단점은 어댑터가 기존보다 큰 경우가 많다는 것이다.

또 다른 가능성은 병렬 충전으로, 전체 전류를 하나의 배터리 셀로 보내는 대신 두 개의 병렬 셀로 나누는 것입니다. 최상의 충전 성능을 위해 통합 전원 관리 기능과 함께 적용하기도 한다. 이 충전 기술의 단점은 총용량이 다소 낮다는 것인데, 하우징과 하드웨어를 포함해 배터리 셀 2개가 차지하는 공간이 더 넓기 때문이다.

냉각 하드웨어는 기본적으로 열 축적을 조절하는 솔루션이다. 냉각 시스템이 우수할수록 과열 없이 더 많은 전력을 장치에 공급할 수 있다. 열 차폐, 증기 챔버, 심지어 전체 팬(특히 게임용 스마트 폰에서)은 과도한 온도로부터 배터리를 보호하는 데 사용된다.

다시 처음 질문으로 돌아가 보자. 고속 충전이 휴대폰 배터리를 망치는가? 앞서 소개한 솔루션은 효과가 있는가? 배터리가 얼마나 빨리 성능이 저하되어야 "망가졌다"고 간주할 수 있는가?

후자의 경우 공식적인 업계 표준도 있습니다. 샤오미는 홍미 11T Pro(120와트 고속 충전 지원)의 경우 800회 완전 충전 후에도 원래 배터리 용량의 80%가 여전히 남아 있음을 보증한다. 애플은 500회 충전 후에도 80%의 용량을 약속한다. 그리고 오포는 2023년 2월 초, 두 가지 새로운 고속 충전 표준인 150W SuperVOOC와 1,600회 이상 충전 후에도 80%의 배터리 용량을 제공하는 240W SuperVOOC 기술을 도입했다.
 

결론 : 고속 충전이 휴대폰 배터리에 해롭지 않은 이유

장기적인 연구 없이는 이 질문에 명확하게 답할 수 없지만, 지금까지 밝혀진 사실은 모두 고속 충전이 배터리의 정상적인 마모를 가속화하지 않는다는 사실을 보여준다.

그러나 고속 충전은 더 높은 와트로 더 많은 열을 발생시키기 때문에 스마트폰을 보호하기 위한 장치가 필요하다는 것도 사실이다. 이를 위해 제조업체는 최적화된 파워 서플라이, 병렬 충전 또는 온도 변동을 조절하는 스마트 하드웨어 및 센서를 통해 에너지 관리를 개선하기 위한 다양한 조치를 하고 있다.


배터리 수명에 가장 큰 영향을 미치는 것은 사실 사용자 자신이다. 이를 위해 휴대폰 배터리를 더 오래 사용할 수 있는 팁을 소개한다.
 
  • 휴대폰이 유도 충전 기능을 제공하더라도 가능하면 항상 케이블로 충전한다.
  • 완전 방전을 피한다. 최적의 배터리 잔량은 20~80% 범위이다.
  • 배터리가 비교적 많이 충전된 상태(60% 이상)에서는 충전하지 않는다.
  • 더위나 추위 등 극심한 온도 변화를 피한다.
  • 항상 제조업체에서 제공한 충전 액세서리(전원 어댑터, 충전 케이블)를 사용한다.
  • 성능 집약적인 앱이나 게임이 실행 중일 때는 충전하지 않는다.
  • 배터리가 완전히 충전된 상태에서 필요 이상으로 오래 꽂아 두지 않는다.
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