배터리는 이온 화학 반응에서 전자를 교환하여 회로에 전류 흐름을 생성하고, 충전된 배터리에는 반응할 수 있는 분자의 수가 제한되어 있기 때문에, 배터리의 에너지 저장고가 고갈되기 전에 회로를 통해 구동할 수 있는 총 전하량은 제한되어 있어야 합니다. 배터리 용량은 총 전자 수로 측정할 수 있지만, 이는 엄청난 숫자가 될 것입니다. 쿨롱 단위 ( 6.25 x 10 18 전자 또는 6,250,000,000,000,000,000 전자 와 동일 )를 사용하여 양을 작업하기 더 실용적으로 만들 수 있지만, 대신 이 목적을 위해 새로운 단위인 암페어 -시간이 만들어졌습니다. 1암페어는 실제로 초당 1쿨롱의 전자 흐름 속도이고, 1시간은 3600초이므로 쿨롱과 암페어-시간 사이에 직접적인 비례 관계를 나타낼 수 있습니다. 1암페어-시간 = 3600쿨롱. 오래된 유닛으로 충분했을 텐데 왜 새 유닛을 만들겠어요? 물론 학생과 기술자로서의 삶을 더 어렵게 만들기 위해서죠!
배터리 용량을 측정하기 위한 암페어-아워 애플리케이션
1 암페어-시간 용량의 배터리는 완전히 방전되기 전에 정확히 1시간 동안 1 암페어의 전류를 부하에 지속적으로 공급할 수 있어야 하고, 30분 동안 2 암페어를 공급할 수 있어야 하고, 3시간 동안 1/3 암페어를 공급할 수 있어야 합니다. 이상적인 배터리에서 이러한 연속 전류와 방전 시간 간의 관계는 안정적이고 절대적이지만, 실제 배터리는 이 간단한 선형 공식이 나타내는 대로 정확히 작동하지 않습니다. 따라서 배터리에 대한 암페어-시간 용량이 주어지면 주어진 전류, 주어진 시간으로 지정되거나, 제한 요소가 주어지지 않은 경우 8시간 동안 정격으로 가정됩니다.
예를 들어, 평균적인 자동차 배터리는 3.5암페어의 전류로 지정된 약 70암페어-시간의 용량을 가질 수 있습니다. 즉, 이 배터리가 부하에 3.5암페어의 전류를 지속적으로 공급할 수 있는 시간은 20시간(70암페어-시간/3.5암페어)이 됩니다. 하지만 저항이 낮은 부하가 해당 배터리에 연결되어 지속적으로 70암페어를 소모한다고 가정해 보겠습니다. 암페어-시간 방정식에 따르면 배터리는 정확히 1시간(70암페어-시간/70암페어) 동안 버텨야 하지만 실제로는 그렇지 않을 수 있습니다. 전류가 높을수록 배터리는 내부 저항을 통해 더 많은 열을 발산하여 내부에서 일어나는 화학 반응을 변경하는 효과가 있습니다. 이 더 큰 부하에서 배터리는 계산된 1시간 보다 약간 일찍 완전히 방전될 가능성이 있습니다.
반대로, 매우 가벼운 부하(1mA)가 배터리에 연결된다면, 우리의 방정식은 배터리가 70,000시간 또는 8년(70 암페어-시간/1 밀리암페어) 동안 전력을 공급해야 한다고 말하지만, 실제 배터리의 화학 에너지의 대부분은 8년이 지나기 훨씬 전에 다른 요인(전해질 증발, 전극의 열화, 배터리 내부 누설 전류)으로 인해 소모되었을 가능성이 큽니다. 따라서 암페어-시간 관계를 배터리 수명의 이상적인 근사치로 간주해야 하며, 암페어-시간 정격은 제조업체가 제공한 지정 전류 또는 시간 범위 근처에서만 신뢰해야 합니다. 일부 제조업체는 다양한 수준의 전류 및/또는 온도에서 총 용량의 감소를 지정하는 암페어-시간 감소 계수를 제공합니다.
2차 전지의 경우 암페어-시간 정격은 주어진 충전 전류 수준에서 필요한 충전 시간에 대한 규칙을 제공합니다. 예를 들어, 이전 예에서 70 암페어-시간 자동차 배터리는 7 암페어(70 암페어-시간/7 암페어)의 일정한 충전 전류에서 완전히 방전된 상태에서 충전하는 데 10시간이 걸립니다.
몇 가지 일반적인 배터리의 대략적인 암페어-시간 용량은 다음과 같습니다.
- 일반적인 자동차 배터리: 70 암페어-시간 @ 3.5 A (2차 전지)
- D형 탄소-아연 전지: 4.5 암페어-시간 @ 100 mA (1차 전지)
- 9볼트 탄소-아연 배터리: 400밀리암페어-시간 @ 8mA (1차 전지)
배터리 상태를 확인하는 방법 - 부하가 걸렸을 때, 부하가 걸리지 않았을 때?
배터리가 방전되면 내부 에너지 저장량이 감소할 뿐만 아니라 내부 저항도 증가하고(전해질이 점점 덜 전도성이 됨) 개방 회로 셀 전압이 감소합니다(화학 물질이 점점 더 희석됨). 방전 중인 배터리에서 나타나는 가장 기만적인 변화는 저항이 증가하는 것입니다. 배터리 상태를 확인하는 가장 좋은 방법은 배터리가 회로를 통해 상당한 전류를 공급하는 동안 부하 상태에서 전압을 측정하는 것입니다 . 그렇지 않으면 단자를 가로지르는 간단한 전압계 검사는 내부 저항이 상당히 증가했음에도 불구하고 건강한 배터리(적절한 전압)를 잘못 표시할 수 있습니다. "상당한 전류"를 구성하는 것은 배터리의 설계 매개변수에 의해 결정됩니다. 전압계 검사에서 전압이 너무 낮다는 것을 나타내는 것은 물론 배터리가 방전되었음을 긍정적으로 표시합니다.
완전히 충전된 배터리:
이제 배터리가 약간 방전되면...
. . . 그리고 조금 더 멀리 방전합니다 . . .
... 그리고 조금 더 나아가면 죽는다.
배터리의 실제 상태를 부하가 걸리지 않은 상태에서보다 부하가 걸릴 때 전압을 확인하면 훨씬 더 잘 알 수 있습니다.이것은 전압계(부하 없음)로만 배터리를 확인하는 것이 무의미하다는 것을 의미할까요?글쎄요, 그렇지 않습니다.단순한 전압계 확인에서 13.2V 배터리에 대해 7.5V만 표시되면 의심할 여지 없이 배터리가 방전되었음을 알 수 있습니다.그러나 전압계가 12.5V를 표시하면 거의 완전 충전 상태이거나 다소 고갈되었을 수 있습니다.부하 확인 없이는 알 수 없습니다.배터리에 부하를 가하는 데 사용되는 저항은 소모될 것으로 예상되는 전력량에 맞게 정격화되어야 한다는 점도 명심하세요.자동차(12V 정격) 납산 배터리와 같은 대형 배터리를 확인하는 경우 이는 수백 와트의 전력 정격을 가진 저항을 의미할 수 있습니다.
검토:
- 암페어시 는 배터리 에너지 용량의 단위로, 배터리가 내부 화학 에너지 저장소를 고갈시키기 전에 공급할 수 있는 연속 전류량에 방전 시간을 곱한 값과 같습니다.
- 암페어-아워 배터리 정격은 배터리 충전 용량의 근사치일 뿐이며 제조업체에서 지정한 전류 수준 또는 시간에서만 신뢰해야 합니다. 이러한 정격은 매우 높은 전류 또는 매우 긴 시간에 대해 정확하게 외삽할 수 없습니다.
- 방전된 배터리는 전압을 잃고 저항이 증가합니다. 방전된 배터리를 확인하는 가장 좋은 방법은 부하 상태에서 전압을 테스트하는 것입니다.