[기타] Re:배터리에 대한 또다른 정보

[버미]

배터리에 대한 또다른 정보가 있어 스크랩해왔습니다...

배터리에 대하여..

디지털 카메라를 사용하면서 느끼는 궁금증이 한두 가지가 아니지만 그 중에서 배터리에 대한 의문점도 많다. 어떤 배터리를 사용하면 몇 장 찍으면 전원이 꺼져 버리는데 어떤 배터리는 웬만큼 오래 가기도 한다. 왜 이럴까..
우선 디카에서 사용하고 있는 배터리들에 대해서 알아보자.

1차 전지로는.. 대표적으로 AA형(or AAA형) 알칼라인 건전지와 리튬(Li) 건전지가 있으며(1차 전지: 충전이 불가능하고 한번 쓰고 버리는 전지), 2차 전지로는 AA형 니켈 카드뮴(Ni-Cd), AA형 니켈 수소(Ni-MH), 리튬 이온(Li-ion) 등이 있다. (2차 전지: 충전이 가능한 전지) 1차전지는 1회성 배터리를 말하며 사용하는 화학물에 따라 수은전지, 망간전지, 알카라인, 리튬 전지 등으로 분류되며, 2차 전지는 재 충전이 가능한 전지로써 니켈카드뮴, 납축전지, 니켈수소, 리튬 이온 전지 등이 있다.

그러나 납이나 카드뮴 등은 전지성능 향상의 한계성과 특히 공해문제로 소형 휴대기기용 소비자시장에서는 거의 사라졌다. 여기에서는 대표적인 1차 전지인 알칼라인 건전지와 니켈-카드뮴, 니켈-수소와 리튬이온 전지(2차전지)를 살펴보고자 한다.

1차 전지는 우리 주위 어디에서든지 구할 수 있다는 이점이 있지만, 생각보다 많은 전력을 필요로 하는 디지털 카메라용으로 사용을 하였을 때는 사용시간이 너무 짧다는 것을 느낄 수 있다. 2차 전지는 가격이 조금 비싸고 슈퍼마켓 등에서 쉽게 구할 수 없기는 하지만 충전을 하여서 다시 사용할 수 있고 1차 전지에 비해서 방전 특성도 좋기 때문에 디지털 카메라용으로 많이 사용되고 있다.

그렇다면 이 건전지들의 용량 및 방전 특성에 대해서 알아보기로 하자.
우선 용량에 대해서 알아보면..

건전지로부터 에너지를 출력하면 출력한 만큼 전지가 원래 가지고 있던 에너지량은 줄어드는 것이 당연하다. 그 전지에서 어느 정도의 에너지를 출력시키는가는 출력할 수 있는 전류와 시간을 곱한 값으로 나타내며 이것을 그 전지의 방전용량 또는 단순히 용량이라 말한다.

용량(C) = 끄집어내는 전류 (A) x 끄집어내는 시간(h)
단위는 Ah(Ampere Hour) 인데, 예를 들어 3Ah 용량의 전지라고 하면 1A의 전류를 3시간 또는 3A의 전류를 1시간 흘릴 수 있는 용량이 되는 셈이다. 용량이 작은 전지의 경우는 Ah로는 단위가 너무 크기 때문에 그 1/1000인 mAh를 사용하기도 한다.
여기서 말하는 전지의 용량이란 전지가 가지고 있는 에너지 전부가 모두 소진될 때까지 출력했을 때의 양을 말하는 것은 아니다.

전지를 전원으로 하는 기기를 동작시키기 위해서는 기기가 필요로 하는 전류를 흘리기에 충분한 전압이 확보되지 않으면 안 된다. 전지에서 에너지를 출력하면 용량의 감소와 함께 기전력, 즉 전지의 전압도 저하한다. 전압이 너무 저하하면 기기가 동작할 수 없게 되지만 동작 정지가 되는 전압은 기기에 따라 다르다. 이처럼 동작 정지가 되는 이 때의 전압을 방전 종지전압 이라고 한다.

그러므로 전지의 전압이 방전종지전압을 밑돌아도 전지에는 에너지가 남아 있는 것이다. 이때의 에너지는 기기에서는 사용할 수 없다. 디지털 카메라에서는 많은 전력을 필요로 하기 때문에 이 방전 종지전압이 높다. 따라서 사용하지 못하고 낭비되는 에너지가 많게 되는 것이다. 그렇다면 이제 건전지의 방전 특성에 대해서 알아보자.

( 주. 위의 리튬 이온(Li-ion) 방전 특성은 정전압 회로를 가지고 있는 리튬 이온의 특성 그래프임. 즉, 일정한 전압을 유지할 수 있도록 해주는 회로를 지니고 있기 때문에 전지 용량이 거의 다 될 때까지 전압이 일정하게 유지됨. )

위에서 보는 바와 같이 같은 용량의 전지라고 하더라도 방전 특성에 따라 디지털 카메라에서 사용할 수 있는 시간이 다름.
디지털 카메라를 구동시키기 위해서 필요한 일정한 수위의 전압이 있다.
<그래프 1>의 정전압 회로를 가지고 있는 리튬 이온(Li-ion) 건전지는 전압이 일정하게 유지되어서 용량의 한계까지 다 사용 가능하지만, <그래프2>의 건전지에서는 주어진 용량을 다 소모하지도 못하게 된다.

즉, 이용 한계선 이후의 삼각형 부분은 이용하지도 못하고 남아있게 된다는 것이다.
따라서 디지털 카메라에서 가장 적합한 건전지는 방전 특성이 좋은 리튬 이온과 니켈 수소 건전지 등이 되겠다.

그러나 정전압 회로의 리튬 이온 전지는 갑자기 전원이 나가 버리는 단점이 있기 때문에 사용 중 전지가 나가 버려서 경통이 나와 있는 상태에서 멈춰 버리는 경우도 발생하게 된다. 용량의 한계까지 거의 일정한 정전압으로 유지되어서 디지털 카메라에서는 건전지 용량이 아직 충분 하 다고 판단하기 때문에 나오는 결과이다.

그렇다면 위에서 살펴본 한가지 이유 즉, 리튬 이온 건전지의 방전 특성이 좋기 때문에 오래 사용할 수 있다고 볼 수 있을까?
그것은 아니다. 알칼라인 건전지를 보면 용량이 평균 1500mAh 정도이다.
웬만한 니켈 수소(Ni-MH) 건전지보다 훨씬 용량이 큰 편이다. 방전 특성이 아무리 좋아도 이렇게 용량 차이가 난다면 디지털 카메라에 서의 사용 시간이 큰 차이가 없을 것 같이 보인다. 그렇다면 왜 실제로는 그렇게 차이가 나는 것일까? 이 이유는 배터리에 드레인(Drain)이라는 또 다른 특성이 있기 때문이다.

◈Drain 드레인이란 배터리에서 전류가 한번에 최대한 방전할 수 있는 전류의 크기를 말한다.
즉, 용량 1500mAh의 알칼라인 건전지가 0.5C의 드레인을 가지고 있다면 최대한 흐를 수 있는 전류가 750mA 정도라는 뜻이다. ( 여기서 C 는 건전지의 용량을 뜻한다. )
용량이 같은 배터리라도 그 드레인에 따라서 0.5C에서 6C 이상까지 차이가 있다.
보통 알칼라인 건전지들은 드레인이 대부분 0.5C 정도이며 듀라셀 울트라 같은 high drain 건전지는 최고 1C까지의 성능을 보이고 있다. 니켈 수소, 리튬이온 등은 대체로 3C 이며 니켈 카드뮴은 드레인이 6C까지 올라간다.

보통 디지털 카메라에서 필요로 하는 전류는 700mA 정도이다. ( 초기 디지털 카메라는 저전력 설계가 되어 있지 않았기 때문에 1000mA 이상의 고전류가 필요했었지만 요즈음에는 디지털 카메라의 소형화로 저전력 설계가 필수적이기 때문에 700mA 이하의 전류로도 구동이 가능하게 되었다. )

그렇기 때문에 1500mAh의 알칼라인 건전지가 1400mAh 이하로 용량이 떨어지게 되면 디지털 카메라를 구동할 수가 없게 되어버린다. 즉, 1400mAh 정도의 용량을 쓰지도 못하고 버리게(?) 되어버리는 것이다. 그래서 디지털 카메라에서는 반응이 없는 건전지를 워크맨, 시계 등의 소형 가전기기들에 사용을 하게 되면 웬만큼 오래 쓸 수 있는 것이다.

니켈 카드뮴은 드레인이 6C까지 올라가며 대부분의 니켈 수소와 리튬 이온 배터리는 드레인이 3C 정도이다. 니켈 카드뮴은 요즘 환경 문제 때문에 많이 사용을 하고 있지 않기 때문에 알칼라인과 니켈 수소를 비교해보자.

용량( C ) 1200mAh 의 니켈 수소
용량( C ) 2000mAh 의 알칼라인
디지털 카메라에서 필요한 전류가 600mA 라고 가정해보자. ( 계산의 용이성을 위해서... )

니켈 수소의 드레인은 3C이고 알칼라인의 드레인은 0.5C 이다.
따라서 니켈 수소에서는 용량이 200mAh 정도로 떨어질 때까지 사용 가능하다.

3C = 3 x 200 = 600 mA
그런데 알칼라인에서는 용량이 1200mAh 정도까지만 떨어지면 사용이 불가능해진다.

0.5C = 0.5 x 1200 = 600mA
이렇게 드레인의 크기도 디지털 카메라에서 배터리 사용시간에 많은 영향을 끼친다.
배터리의 방전 특성, 드레인의 크기 그리고 사용 환경이 주요 요소들이 되겠다.

사용 환경으로는 건전지가 시간의 흐름에 따라 자가방전 현상이 있으며 특히 고온/다습한 곳에서의 자가방전은 가속화되므로 구매할 때는 꼭 제조일자를 확인하는 것이 좋다. 또한 저온에서는 건전지가 가진 용량을 충분히 발휘하지 못하게 되기 때문에 다른 때보다 건전지가 빨리 소모되는 걸 알 수 있다.

이상으로 디지털 카메라에서 사용되고 있는 배터리들에 대해서 알아보았다.
이 글로 1차 전지, 2차 전지 모두 각각의 장단점이 있음을 알게 되었다면 좋겠다..-_-;

아..한가지 빠진 게 있다. 2차 전지를 사용할 경우 충전기의 선택에 조금 더 신경을 써야 한다. 보통 일반 충전기는 충전 out put 전류가 낮기 때문에 충전 시간이 매우 길다. out put 전류가 높은 급속 충전기를 사용하면 충전 시간이 2~3시간으로 줄어들게 되는데 충전기 구매시 이 공식을 알고 있으면 간단히 충전시간을 계산할 수 있다.

충전시간 계산법 : 배터리의 mAh ÷ 충전기의 mA = 충전시간( h )
즉, 배터리의 mAh가 2000mAh이며 구입한 충전기기의 mA가 500mA일 경우 2000 ÷ 500 = 4시간이라는 공식이 된다.

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납축전지를 이용해 저렴하고 POWERFULL한 배터리팩을 만들어보자!

디지털 카메라 사용자들이 가장 아쉬워 하는 부분 중 하나가 배터리의 심한 소모다. LCD창을 켜고 조금만 사용하면 배터리 없다는 불이 들어오고 여유 배터리를 준비 못 했다면 정말 낭패가 아닐 수 없다.

이미 각 제조사들은 이런 문제점 극복을 위해 저마다의 충전용 배터리 팩을 판매하고 있다. 현재 시중에는 8만원에서 30만원까지 다양한 배터리팩이 판매되고 있다. 여유가 있다면 이런 배터리 팩을 구입하는 것이 최상의 방법이나 주머니 사정이 좋지 않다면 배터리 팩을 직접 만들어 사용하는 것도 저렴하게 활용할 수 있는 한 가지 방법이다.

■ 배터리 팩 만들기

시중에 판매되고 있는 충전이 가능한 2차전지는 니켈-카드늄, 니켈-수소, 납축전지 와 리듐이온 전지가 있다. 니켈 계열의 전지는 가격이 비교적 저렴하고 쉽게 구할 수 있으나 배터리의 잔량이 남아있는 상태에서 재충전을 할 때 본래의 용량보다 적은 용량으로 인식하는 메모리 이펙트 현상이 있다. 또한 저전압과 낮은 부하전류, 짧은 수명이 단점으로 작용한다.

리튬이온 전지의 경우에는 메모리 이펙트 현상이 없고 고전압, 고용량의 장점이 있지만 리듐의 발화성 때문에 보호회로를 내장하면서 단가가 상승해 고가에 판매되고 있다. 납축전지는 메모리 이펙트 효과가 없지만 특성상 과방전시 배터리의 수명이 급속히 단축되는 단점이 있다. 납축전지는 주변에서 흔히 볼 수 있는데 자동차 배터리가 바로 이 납축전지를 사용한다. 이번 배터리팩 만들기에서는 비교적 저렴한 가격에 구입이 가능한 납축전지를 이용하기로 했다.

[배터리팩을 만들기 위한 준비물]

▷ 배터리팩을 만들기 위한 준비물 * 납축전지 : 6,500원, 용산전자상가 * 자동충전기 : 10,000원, 용산 전자상가 (디지털카메라 어뎁터가 있을 경우 활용 가능) * 연결잭 : 1,000원(선, 클립 포함), 세운상가 총 비용 17,500원을 사용했으며 납축전지는 6V, 4.0AH 용량을 구입했다.(Digimax350SE가 6V 사용을 함)

▷ 만드는 과정

[다양한 종류의 전지]

[+,- 를 구분해 선 연결]

[잭과 연결하는 부분의 +,-를 확인]

[잭의 연결부의 +,-를 확인한다.]

[전선의 +,- 구분]

[카메라에 연결한 배터리]

배터리와 선을 연결할때 가장 주의할 부분이 +,-의 구분이다. 납축전지는 연결부에 +,- 표시가 있어 구분이 쉬우며 전원공급잭과 연결하는 선 역시 +,-의 표시가 있다. 그 외 기타선의 경우에는 구분이 모호한데 먼저 전원공급잭은 연결부 아래에 원 모양과 원을 감싸는 반원의 표시가 있다. 원은 +를 감싸는 반원은 -를 의미한다. 자동충전기의 경우 점선이 표시된 선이 -를 별도의 표시가 없는 선이 + 이다. 또한 적색은 +를 의미한다.

연결잭은 자신의 카메라의 지름이 맞는 제품을 찾아야 한다. 구입할 때 카메라를 들고나가 확인한 후 구입하는 것이 최선의 방법이다. 이처럼 납축전지와 카메라의 연결을 하면 배터리팩 만들기는 완성이다. 이젠 배터리팩을 충전할 장비 만드는 일이 남았다.

▷ 충전기기 디지털카메라용 AC ADAPTER 가 있다면 별도의 충전기가 필요없이 AC ADAPTER를 이용하여 충전할 수 있다 . ADAPTER 기능과 충전기 기능을 동시에 사용하려면 약간의 수정작업을 해야한다 .

- AC ADAPTER 를 충전기로 함께 활용하기

[AC ADAPTER의 선을 자른다.]

[본선이 + , 주변선이 - 이다.]

[연결선 안쪽으로 고무를 넣는다.]

[선을 연결한 뒤 안전고무 착용]

[본선과 집개선 연결]

[AC ADAPTER와 충전기 공용]

자동충전기는 5,000원에서 20,000원 까지 다양한 가격대의 제품이 판매되고 있다. 납축전지는 자가방전(충전이 완료된 상태에서 전원을 공급하면 배터리가 방전되는 현상)과 전원이 과하게 공급될 경우 납축전지가 부풀어 오르는 현상이 생길 수 있다. 이 점을 고려해 충전기는 전원의 공급상태를 확인할 수 있는 제품을 고른다. 자동충전기를 구입하면서 집게연결을 요구하면 별도의 비용없이 서비스 받을 수 있다.

*충전시간 계산법 : 배터리의 AH ÷ 충전기의 AH = 충전시간
배터리의 AH가 4.0AH 이며 구입한 자동충전기의 AH 는 500mA 이므로 4000 ÷ 500 = 8시간이라는 계산이 나온다. AC ADAPTER의 경우에는 2.0mA이므로 2시간의 충전시간이면 된다.

▷ 배터리 팩 가방 위의 과정을 통해 배터리 팩이 완성되면 실제로 생활에 편리해야 한다. 무거운 팩과 함께 카메라를 들고 촬영한 다는 것은 매우 불편한 일이다. 물론 촬영에도 많은 방해를 준다. 그러면 어렵게 만든 배터리 팩을 어떻게 야외에서 사용할 것인가?

보통 디지털카메라를 구입하면 카메라를 담을 수 있는 조그만 가방을 제공한다. 이 것을 활용하면 배터리 팩을 담을 수 있는 훌륭한 배터리팩 가방이 된다.

[디지털카메라 가방 활용]

[허리에 장착]

▷ 납축전지를 이용해 배터리팩 제작시 생길 수 있는 문제점 및 장·단점
납축전지의 전압은 Cell당 2V이므로 2의 배수인 전지만이 구입이 가능하므로 6V의 디지털카메라 제품만이 사용이 가능하다.

또한 대체로 산업기기용 제품이 대부분이므로 크기가 크고 무겁지만 고출력의 방전이 가능하고 메모리 효과가 없다는 장점도 있다. 앞서 말한 것처럼 납축전지는 과방전시 배터리의 수명이 급속히 감소하게 되므로 사용 후에는 신속하게 충전을 하며 장시간 보관시에는 반드시 충전을 하고 보관을 해야 한다. 또한 충전이 완료된 상태에서 오랜동안 전원을 공급하게 되면 배터리가 부풀어오르는 현상이 생겨 수명을 단축 시킬 수 있으므로 주의해야 한다. 납축전지는 주의사항을 준수해 사용하면 어떤 충전 배터리보다 오랫동안 사용이 가능하다.

무게가 무겁고 휴대가 불편하며 또한 사용상 주의사항을 요구하지만 매우 저렴한 가격으로 고용량의 배터리 팩을 사용할 수 있다. 앞서 말한 것처럼 상용화된 배터리팩 중 저렴한 제품을 사용하는 것이 가장 안정적인 최상의 방법이 되겠지만 부담스러운 가격으로 망설이며 알카라인 전지를 사용하고 있다면 이처럼 스스로 배터리팩을 만들어 사용하는 방법을 추천한다.

글/민병석(contents@zoomin.co.kr)

[남정권]

사진에 디카가 동생이 저에게 써보라고 준 것과 똑같은 삼성 카메라네요! 동생은 새 디카를 샀거든요! 비록 300만 화소짜리지만 공짜로 생긴 디카라 열심히 사용법을 익히고 있습니다.

[푸른나무]

제 생각에는 배터리 출력단자 쪽에 콘덴서를 하나 다는게 좋을 듯 싶습니다.