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2020년 5월 15일 금요일

Basic Concept of Capacity of Batteries/배터리의 용량에 대한 기본적인 이해

최근 개발된 리튬-이온 배터리로 인하여 우리 주면에 이를 이용하는 장치가 예전에 비해 많아졌다.

리튬-이온 방식의 배터리는 닉켈-카드늄 배터리에 비해 2~3배의 에너지 밀도가 크서 이를 이용한 대표적인 제품인 휴대폰을 필두로 전동 드릴, 가정용 진공 청소기, 전동식 자전거, 스쿠터 나아가서는 전기 자동차까지 등 종전에는 상상할 수 없던 다양한 제품이 개발되고 있다.

많은 사람들이 배터리에 관한 지식이 일천하여 전동지게차의 제조와 관련한 일을 하면서 알게된 나의 배터리에 관한 지식을 여기서 나누어 드릴려고 한다.

어떤 배터리 또는 배터리 팩의 가장 중요한 사양(Specification)은 전압(Voltage)과 용량(Capacity)이다. 이 중에서 Ah 단위로 표시된 용량에 대해 상세히 설명하고자 한다.


1. 모든 배터리의 용량(Ah 값)에서 기준이 되는 시간은 20시간(h) 입니다.
2. 배터리 또는 배터리 팩의 용량은 전압과 함께 전류(A)와 시간(h)를 곱한 값으로 표시합니다.
3. 표시된 배터리의 Ah 용량에 기준 시간인 20h를 나누어서 얻어지는 전류(A) 값이 표준 방전 전류가 됩니다.
4. 따라서 이 표준 전류로 방전 시켰을 때 20시간을 사용할 수 있다는 개념이 바로 배터리의 용량 개념입니다.
5. 표준 전류 이상의 전류로 방전을 시켰을 때는 전류값과 시간을 곱한 값이 표시된 용량값(Ah) 보다는 엄청 적어질 수 있습니다. 이는 배터리 내부 저항에 의한 주울열 손실(P=I^2*R)이 발생하기 때문입니다. 방전 전류의 자승에 비례하므로 용량의 감소가 매우 크게 됩니다.
6. 이런 배터리 용량의 감소에도 불구하고 단시간에 큰 전류를 흘려 사용하는 목적으로 만든 배터리 제품을 "고방전율의 배터리(High Discharge Rate Battery)"라고 말 합니다. 전기 자전거나 전동 공구 등에 사용한는 배터리가 바로 그런 종류의 배터리 입니다.
7. 앞서 말한 바와 같이 이런 배터리는 대 전류로 방전하기 때문에 실제 방전 전류와 시간을 곱한 Ah 값이 표시 용량과는 많은 차이가 있어서 단순 계산으로는 구하기가 매우 어려워 집니다.