내 마음대로 배터리 기본 알아보기
안녕하세요.
Edward입니다.
배터리에 대한 프로젝트를 진행하면서 배터리에 대해 보다 자세하게 알아야 할 이유가 생겨서 배터리에 대한 내용들을 포스팅하려고 합니다.
가장 먼저 배터리의 기본부터 어떻게 Spec을 봐야 할지 등등 자세하게 다뤄볼 예정입니다.
배터리를 이해하기 위해서는 전기 기초에 대해서 가장 먼저 알아야 해요!
아래 링크의 전기의 이해! 편을 확인해주세요.
: 전기의 이해(링크)
여기에 추가로 설명하자면 아래 4가지의 용어로 배터리를 알 수 있습니다.
전하(eletric charge): 전하는 물체가 가지는 전기적인 성질을 말해요. 모든 전기적인 동작은 전하를 통해서 이뤄집니다. 가장 중요한 사실은 "모든 물체는 전하를 가지며, +전하와 -전하가 존재합니다."
전류(Current): 전류란 전하의 흐름을 말해요. 단위는 A(암페어)라고 합니다. 이 전류란 실제 전기적인 동작의 흐름이라고 생각하면 돼요. 배터리의 충전과 방전과도 연관이 있고요. 전류가 +극에서 -극으로 흐르면 방전이 되는 것이고, 전류가 -극에서 +극으로 흐르면 충전이 되는 것이에요!!! 그리고 전류의 양에 따라 충전/방전 속도가 조절이 가능해요!
가장 기본적으로 휴대폰 배터리를 보면 3000mAh라고 표기되어 있어요. 이건 배터리의 용량을 말하는 거예요!! 중요한 건 Ah(암페어 아워)인데, 이건 시간당 전류량을 말해요! 즉, 3000mA의 전류로 1시간 동안 방전시킬 수 있다! 는 의미예요!
전압(Voltage): 전압이란 전류를 흐르게 하는 일종의 힘이라고 보시면 될 것 같아요. 단위는 V(볼트)라고 해요. 가장 심플하고 간단하게 설명하자면, 수도관에서 물이 흐르기 위해서는 수압이라는 것이 필요하듯이 전류가 흐르기 위해서는 전압이 필요합니다. 이런 전압이라는 것은 전위차라는 것을 통해 수압을 만듭니다.
*** 배터리의 용량은 암페어 아워(Ah : A/H) 혹은 더 적은 값인 밀리암페어 아워(mAh)로 나타냅니다. (1Ah = 1000mAh) Ah = I(전류) X T(전류가 흐르는 시간)을 나타내며 바꿔 말하면 T = Ah/I가 될 수 있습니다. 간단하게 예를 들자면, 4Ah 배터리는 1A의 전류를 4시간 동안 흘릴 수 있으며, 4A의 전류는 1시간 동안 흘릴 수 있어요.
- 출처 메카 솔루션
자세한 이해는 전기의 이해 링크를 참고해주세요 ^^
간단하게 배터리에 대해서 알아보자면,
크게 1차 전지와 2차 전지, 그리고 연료전지로 구분할 수 있어요.
연료전지에 대한 내용은 여기서 다루지 않겠습니다 ㅎㅎ
오늘 중요한 포인트는 1차, 2차 전지이에요 ^^
그럼 1차와 2차 전지에 대해 설명드리고 특징에 대해서 알아보겠습니다.
1차 전지
1차 전지는 한 번 사용하고 버리는 일회용 전지입니다.
특징은 다음과 같아요.
- 기전력이 크고 일정한 전압이 오래 유지된다.
- 기전력이란(electromotive force) 단위 전하당 한 일로써, 쉽게 말하면 낮은 퍼텐셜에서 높은 퍼텐셜로 단위 전하(+또는-)를 이동시키는데 필요한 힘입니다. 기전력은 전류(전기에너지)를 발생시키고 지속적으로 흐르게 하는 원인(원동력)으로써 전압과 같은 의미로 사용됩니다. 따라서 기전력과 전압은 둘 다 단위를 볼트(V)를 사용합니다. 즉, 어떤 전위차를 만들어내는 것 같은 전원(電源)의 작용이라고 하죠.
- 자기 방전이 적다
- 사실 모든 배터리는 내부 저항이 작은 특징이 있어서 가만히 둬도 용량은 줄어듭니다. 다만 저항이 굉장히 작을수록 방전되는 시간이 굉장히 오래 걸리겠죠??
- 가볍고 저렴하다.
- 대부분의 1차 전지는 배터리 용량이 적은 일회성이기 때문에 가볍고 저렴합니다 ^^
- 내부저항이 작다.
- 결국 배터리 내부에도 저항이 있다는 의미입니다^^
2차 전지
2차 전지는 화학 에너지를 전기에너지로 바꿔서 사용할 수 있는 전지로 여러 번 충전하여 사용할 수 있어요!!
특징은 다음과 같아요.
- 다양한 종류의 배터리가 있다.
- 납 축전지(자동차 배터리), 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬이온, 리튬이온 폴리머 등
- 1차 전지에 비해 용량이 크다.
- 당연히 재사용이 가능하니깐 용량을 조절해서 사용하겠죠??
사실 전지는 우리가 많이 다루는 소자인 콘덴서(캐패시터)와 연관이 많아요.
콘덴서는 배터리에 비해 제조단가가 비싸고, 에너지 밀집도도 낮죠. 하지만 크기가 굉장히 작고 집적도가 좋아요. 그리고 충전과 방전이 빠르게 진행되는 특성도 있어요.
요즘에는 슈퍼 콘덴서(용량이 매우 큰)가 나오면서 배터리를 대체해서 사용할 수 도 있게끔 나왔어요.
좀 더 알아보자면, 집중적으로 2차 전지에 대해서 설명해볼게요.
요즘 핫한 배터리는 리튬이온이거든요.
리튬이온 전지는 충전과 방전 시, 리튬이온이 흐르는 전지이고요.
전지의 원리는 간단하다. 음극에서 양이온이 빠지면, 음극의 전자가 양극으로 이동한다. 이때 전류는 흐른다. 양극에서는 양이온, 전자와 화학반응을 일으킨다. 전지가 충전 시에는 양이온이 반대로 움직이고 위 프로세스가 거꾸로 진행돼요.
즉, 전압이 흐르면 전류가 흐르고 전류가 흐른다는 것은 배터리를 충전/방전한다는 의미예요 ^^
여기에 추가로 배터리나 콘덴서를 직병렬로 연결하면 어떻게 사용할지에 대해 알아야 합니다.
아래 이미지를 참고하시면 직렬과 병렬연결일 때, 용량이 어떻게 되는지 알 수 있어요.
마지막으로,
배터리의 낮은 내부 저항은 순간적으로 낼 수 있는 최대 출력 전류와 관련되어 있어요. 그리고 리튬 이온 배터리의 경우에는 메모리 효과가 없기 때문에 수시로 충전해주는 것이 수명에 좋아요. 근데 절대 완전 방전시키면 안돼요.
리튬 이온 배터리는 정말 방전하면 배터리 자체가 파괴됩니다.
니켈수소 같은 배터리는 당연히 가끔 완전 방전시켜줄 필요가 있죠.
감사합니다.
마지막으로 배터리 보호회로 PCM에 대한 설명을 다른 포스팅에도 해놨습니다.
참고해주세요 ^^
내 마음대로 배터리 기본 알아보기
배터리 보호회로 PCM MOFET 다이오드 역할
내 마음대로 배터리 보호회로 PCM 알아보기
- 참고문헌
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