배터리 Passive·Active Balancing 차이｜셀 밸런싱 방식 해석

리튬이온 배터리의 BMS 사양을 보면 Passive Balancing, Active Balancing이라는 표현을 볼 수 있습니다.

두 방식 모두 여러 개의 직렬 셀 사이에서 발생하는 전압이나 SOC 차이를 줄이기 위한 셀 밸런싱 기술이지만 에너지를 처리하는 방법이 다릅니다.

가장 간단하게 보면

Passive Balancing = 높은 셀의 남는 에너지를 저항에서 열로 소모

Active Balancing = 높은 셀의 에너지를 다른 셀이나 배터리팩으로 이동

하는 방식입니다.

셀 밸런싱이 필요한 이유

배터리팩에 들어가는 셀은 처음에는 비슷한 특성을 가지고 있어도 사용하면서 조금씩 차이가 발생할 수 있습니다.

셀마다

용량
내부저항
자가방전량
온도
노화속도

등이 완전히 같지 않기 때문입니다.

예를 들어 4개의 셀을 직렬로 연결했는데 한 셀만 다른 셀보다 먼저 완전히 충전된다면 그 셀 때문에 전체 배터리팩의 충전을 멈춰야 할 수 있습니다.

반대로 방전할 때 한 셀이 먼저 최저전압에 도달하면 다른 셀에 에너지가 남아 있어도 전체 방전을 중단해야 할 수 있습니다.

이런 셀 간 차이를 줄이는 것이 Cell Balancing입니다.

Passive·Active 기본 차이

구분	Passive Balancing	Active Balancing
에너지 처리	저항에서 열로 소비	다른 셀로 이동
회로 구조	비교적 단순	복잡
비용	낮은 편	높은 편
효율	에너지 손실 발생	상대적으로 높음
발열	비교적 큼	상대적으로 적음
대표 적용	소형·중형 BMS	EV·ESS 등 대용량 시스템

두 방식 모두 셀 상태를 비슷하게 맞추는 것이 목적이지만 남는 에너지를 버리느냐, 재사용하느냐가 가장 큰 차이입니다.

Passive Balancing이란?

Passive Balancing은 가장 널리 사용되는 셀 밸런싱 방식 중 하나입니다.

전압이나 SOC가 높은 셀에 Bleed Resistor를 연결해 일부 전류를 흘려보냅니다.

이 과정에서 남는 에너지는 저항에서 열로 변환되어 소모됩니다.

예를 들어

셀 1 = 4.15V
셀 2 = 4.15V
셀 3 = 4.20V
셀 4 = 4.14V

라면 BMS가 셀 3에 밸런싱 저항을 연결해 일부 전하를 방전시키면서 다른 셀과 비슷한 수준으로 맞출 수 있습니다.

Passive 방식의 장점

가장 큰 장점은 회로가 단순하다는 것입니다.

일반적으로 MOSFET이나 내부 스위치와 저항을 이용해 구현할 수 있어

회로 설계가 간단하고
부품 수가 적으며
가격이 낮고
제어도 비교적 간단합니다.

그래서 소형 배터리팩부터 산업용 BMS까지 폭넓게 사용됩니다.

Passive 방식의 단점

높은 셀에서 빼낸 에너지를 다른 셀에 전달하지 않고 열로 버린다는 것이 단점입니다.

밸런싱 전류가 커질수록 저항에서 발생하는 열도 증가합니다.

저항에서 발생하는 전력은 기본적으로

P = I² × R

관계로 계산할 수 있습니다.

따라서 밸런싱 전류가 큰 시스템에서는 발열과 PCB 열설계를 함께 고려해야 합니다.

Active Balancing이란?

Active Balancing은 높은 SOC의 셀에서 에너지를 가져와 SOC가 낮은 셀이나 배터리팩의 다른 부분으로 이동시키는 방식입니다.

남는 에너지를 단순히 열로 없애지 않기 때문에 Passive 방식보다 에너지 이용효율을 높일 수 있습니다.

에너지 이동에는 설계방식에 따라

인덕터
트랜스포머
커패시터
DC-DC 컨버터

등을 사용할 수 있습니다.

에너지는 어떻게 이동할까?

Active Balancing은 여러 구조로 구현할 수 있습니다.

예를 들어

Cell-to-Cell

높은 셀에서 낮은 셀로 직접 에너지 이동

Cell-to-Pack

특정 셀에서 전체 배터리팩으로 에너지 이동

Pack-to-Cell

전체 배터리팩에서 부족한 셀로 에너지 공급

등의 방식이 있습니다.

어떤 구조를 사용하는지는 BMS 설계와 배터리팩 규모에 따라 달라집니다.

Active 방식의 장점

가장 큰 장점은 에너지를 버리지 않고 재분배할 수 있다는 점입니다.

특히 셀 개수가 많고 배터리 용량이 큰

전기자동차
ESS
산업용 배터리

에서는 셀 간 용량 차이가 전체 배터리팩 사용시간과 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

Active Balancing은 충전뿐 아니라 방전 중에도 셀 사이의 에너지를 이동하도록 설계할 수 있어 전체 배터리팩의 사용 가능한 에너지를 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.

Active 방식의 단점

Active Balancing은 Passive 방식보다 회로가 복잡합니다.

추가적인

MOSFET
인덕터
트랜스포머
DC-DC 회로
제어 알고리즘

등이 필요할 수 있습니다.

따라서

비용 증가
PCB 면적 증가
설계 복잡도 증가
제어회로 복잡화

등의 단점이 있습니다.

그래서 모든 배터리팩에 Active 방식이 필요한 것은 아닙니다.

Balancing Current도 중요하다

BMS 사양을 보면

Balancing Current: 50mA

Balance Current: 100mA

Active Balance Current: 2A

같은 표시를 볼 수 있습니다.

이 값은 셀 간 전하 차이를 얼마나 빠르게 줄일 수 있는지를 판단하는 중요한 사양입니다.

예를 들어 동일한 100mAh 차이를 보정한다고 단순 가정하면

50mA보다 500mA의 밸런싱 전류가 훨씬 빠르게 균형을 맞출 수 있습니다.

다만 밸런싱 전류가 클수록 좋은 것은 아닙니다.

Passive 방식에서는 발열이 증가하고 Active 방식에서는 회로 용량과 비용이 증가하기 때문에 배터리 용량에 맞는 적절한 값이 필요합니다.

셀 전압이 같으면 완벽하게 밸런싱된 것일까?

항상 그렇지는 않습니다.

셀 전압이 비슷해도 실제

용량
SOC
내부저항
노화상태

가 서로 다를 수 있습니다.

특히 배터리 화학계열에 따라 SOC 변화에 비해 전압 변화가 작은 구간이 존재하기 때문에 단순히 전압만으로 셀 상태를 정확하게 판단하기 어려울 수 있습니다.

그래서 BMS에서는 셀 전압과 전류, 온도, SOC 등의 정보를 함께 이용해 밸런싱을 제어할 수 있습니다.

Passive와 Active 중 어떤 방식이 좋을까?

사용환경에 따라 달라집니다.

비교적 작은 배터리팩이고 셀 간 차이가 크지 않다면 구조가 단순하고 저렴한 Passive Balancing이 적합할 수 있습니다.

반면

배터리 용량이 크고
셀 개수가 많으며
에너지 효율이 중요하고
밸런싱 시간을 줄여야 하는

EV나 ESS 시스템에서는 Active Balancing을 검토할 수 있습니다.

즉 Active가 무조건 상위 기술이라기보다 배터리 용량과 비용, 효율, 발열, 시스템 목적에 따라 선택하는 방식입니다.

실제 BMS 사양은 어떻게 읽을까?

BMS 데이터시트에

Balancing Method: Passive

Balancing Current: 100mA

라고 적혀 있다면 높은 셀의 전하를 저항으로 방전시키는 방식이며 밸런싱 전류는 약 100mA라는 의미입니다.

반대로

Active Cell Balancing: 2A

라고 적혀 있다면 셀 사이에서 에너지를 이동하는 Active 방식이며 지정된 조건에서 최대 2A 수준의 밸런싱 전류를 지원한다는 의미일 수 있습니다.

단, 최대전류의 측정조건과 실제 동작범위는 제조사 데이터시트를 함께 확인해야 합니다.

정리

Passive와 Active Balancing의 가장 큰 차이는 셀에서 남는 에너지를 어떻게 처리하느냐입니다.

Passive Balancing = 높은 셀의 에너지를 저항에서 열로 소비

Active Balancing = 높은 셀의 에너지를 낮은 셀이나 배터리팩으로 이동

Passive 방식은 구조가 단순하고 비용이 낮지만 에너지 손실과 발열이 발생합니다.

Active 방식은 에너지 이용효율이 높고 높은 밸런싱 전류를 구현하기 유리하지만 회로가 복잡하고 비용이 증가합니다.

따라서 BMS를 확인할 때는

Balancing 방식 → Balancing Current → 셀 개수 → 배터리 용량 → 발열 → 밸런싱 시간

순서로 확인하는 것이 좋습니다.

참고자료

• Analog Devices – Passive Battery Cell Balancing: 높은 SOC 셀의 에너지를 Bleed Resistor에서 소모하는 Passive Balancing 구조와 특징 참고. Analog Devices
• Analog Devices – Active Battery Cell Balancing: 셀 사이에서 에너지를 재분배하는 Active Balancing과 Passive 방식의 효율·발열·복잡도 차이 참고. Analog Devices
• Texas Instruments – 16-Cell Lithium-Ion Battery Active Balance Reference Design: EV·ESS용 고전압 배터리팩의 고전류 Active Balancing 구조와 2~5A급 밸런싱 설계 사례 참고. Texas Instruments
• Infineon – Battery Management System Introduction: Passive 방식의 저항 방전과 Active 방식의 셀 간 에너지 이동, 비용·효율·발열 비교 참고. 인피니온 커뮤니티