"충전용 전지, 제대로 알자!" --니켈카드뮴, 니켈수소전지에 대하여

충전용전지, 제대로 알자! 니켈카드뮴, 니켈수소전지에 대해서(종류가다른 전지는 이설명과 다릅니다) 유만길 (HL1IWW) @@@@과 충전은 전지수명을 단축시킨다.@@@@ 전지를 과 충전시키면 온도가 상승하고 전지 내부의 압력이 상승하여 전 지의 (+)극 내부에 장치된 압력배출밸브가 작동되면서 전해액이 전기 분 해되어 전지의 (+)극의 금속이 강력한 알칼리성 수용액으로 부식되어 (+) 극의 주변금속 색깔이 변한다. @@@전지를 직렬로 연결시켜 사용하는 전지팩의 경우, 과 충전되면 전지중의 1개나 2개가 먼저 과열된다.@@@ 팩으로 연결된 전지는  전지 한 개 한 개에 남아있는 충전량이 다르기 때 문에 만 충전 후 과 충전되기 시작하면 전지 중에서 어느 한 두 개가 먼저 과 충전된다. 사용 후 재충전이 반복되어도 같은 전지가 내부저항증가로 다른 전지에 비해 먼저 열을 받는다. 결국 여러 개가 직렬로 연결된 전지 팩에서는 한 개 혹은 두 개의 전지 성능이 떨어지게 되므로 개별 전지의 수명이 다 되 기 전에 전체 전지 팩을 사용할 수 없게 되는 것이다. @@@전지는 15~16시간 정도의 시간으로 표준충전 시키는 것이 1~2시간 정도 의 짧은 시간에 충전하는 것보다 수명이 길다.@@@ 충전용 전지는 사용자들이 모르고 있는 여러 종류의 전지가 있다. 급속 충전용 전지는 전지용량의 1C에 해당하는 높은 전류로 단시간에 충전할 수 있는 전지로서 재난구급용, 군용 등으로 사용된다. 일반용은 15~16시간정도의  시간으로 1/10C 정도의 낮은 전류로 충전하 는 전지로서 이러한 표준충전 방법을 잘 활용하면 여러 개의 전지를 충전 하여 직렬로 연결해 사용하는 경우 사용시간의 연장과 전지수명의 연장 등의 이득이 있을 수 있다. 전지를 충전할 때 전지가 팩으로 연결되어 있지 않고 한개 한 개씩 분리 된 전지일 경우, 충전 중에 온도 관리가 어렵거나 온도센서가 장치된 충 전기라 하더라도 외부온도의 영향으로 전지온도를 정확하게 검출, 관리하 는 것이 불가능하다. 이런 상황에서 -∆V나 Peak Voltage 같은 정밀한 충 전전류 조정 기능이 없는 급속 충전기를 사용하면 전지는 치명적인 손상 을 입을 수도 있다. 크기에 비해 전류용량이 많은 전지는 반드시 표준 충 전해야 한다. @@@팩으로 된 전지는 반드시 온도 센서가 내장된 충전회로 구성이 안전하다.@@@ 전지를 여러 개 직렬로 연결하고 팩으로, 제작하여 1C정도의 높은 전류로 1~2시간 정도에 급속 충전할 경우엔 전지내부온도를 정확히 관리할 수 있는 온도센서가 내장된 충전기를  사용해야만 전지를 과 충전시키지 않 고 적절한 충전 제어를 할 수 있다. 온도 센서가 없는 전지 팩은 충전과 방전 시에 특별히 주의해야 한다. @@@낱개로 된 전지들을 충전하기 위해서는 한 개 한 개씩 따로 충전하는 것 이 가장 이상적인 방법이다.@@@ 단위전지들은 남아있는 충전잔량이 각기 다르기 때문에 전지를 각각 따로 충전하는 방법이 가장 이상적인 충전방법이다. 전지의 수가 많으면 충전 장치가 여러 개 필요하다는 단점이 있으나 충전 후 방전 시간이 동일하게 유지되기 때문에 배터리 방전시간을 더 길게 만들어주고 전지 자체의 수 명도 연장된다. @@@전지는 방전 후 충전하는 것이 전지 수명이나 사용시간 연장에 좋다.@@@ 전지를 충전하기 전에 완전 방전하여 충전하면 좋다는 것은 충전용 전지 가 실용화되기 시작한 20여 년 전의 일이다. 초창기 니켈카드뮴이나 니켈 수소는 메모리 효과라고만 알려진, 전지가 가지고 있는 특이한 현상을 제 거하기 위해서 전지 제작자들이 원인이나 이유도 밝히지 않고 권고했던 일이다. 요즈음 전지는 초창기 생산된 전지와는 달리 품질이 개선되어 메 모리 효과는 문제되지 않는다. 한개 한 개씩 분리된 전지는 잔량을 일정하게 하기 위해서 전지를 따로따 로 방전시키거나 병렬방전(니카몬 특허)시키는 것은 전지관리에서 아주 효과적이다. 사용시간도 길어지고 전지수명도 연장된다. 요즈음 방전 후 충전이란 의미는 과거와 달리 전지관리기술에서 유래한 단위전지를 모두 같은 조건의 충전잔량으로 유지시키는 것이 목적이다. 사용자들이 전지가 직렬로 연결된 상태이거나 팩으로 된 전지를 과 방전 시키게 되면, 전지 중 일부는 (+)와 (-)가 반대로 충전되는 전극현상이 생 겨, 전지의 성능이 급격히 나빠지고 팩으로 된 전지는 사용이 불가능하게 되는 경우도 있다. 이것은 강제방전에서 많이 발생하는데 전지 사용 중에 도 과 방전시킬 때 반드시 발생하는 현상이다. 과방전은 과 충전보다도 더 나쁜 영향을 준다. @@@전지를 단위전지 1개만 사용하는 경우는 전지관리가 어렵지 않다.@@@ 전지를 한개만 사용할 경우 과 충전은 전지수명을 단축시키지만 과 방전 은 크게 문제되지 않는다. 그러나 전지를 두개 이상 사용할 때 과 방전시 키게 되면 한 개난 두개의 전지에서 (+)와 (-)가 뒤집어 지는 현상이 초래 되기 때문에 과방전은 과 충전 이상으로 전지에 나쁜 영향을 주는 것이다. 완전방전은 전지전압이 0V까지 방전시키는 것이 아니다. 전지를 완전방전 시킨다고 전지의 (+)극과 (-)극에 전구나 저항을 연결하여 방전시키면 최종에는 전지 전압이 0V가 되는 현상이 생긴다. 산업용이나 군용 니카드전지에서는 전지 한개 한 개씩을 이와 같은 방법 으로 관리하는 기술이 있으나 일반인들은 효과적인 방법이 못된다. 단위 전지의 경우 부하가 연결되지 않은 상태에서 0.9Volt정도가 나오면 완전 방전이 이루어진 상태이다. 만약 전지가 팩으로 여러 개 연결되었거나 단 위전지를 직렬로 연결하여 사용하는 경우에는 전지 한 개당 1Volt 정도일 경우를 완전 방전으로 보아야 한다. @@@단위 전지일 경우 혹은 여러 개를 직렬로 연결하여 사용하는 경우는 완전 방전을 구분하는 전압이 단위전지 때 보다 높아야 한다.@@@ 단위전지인 경우 0.9Volt가 완전방전이지만 두 개 이상의 전지에서 1Volt 를 완전방전으로 보는 이유는 여러 개의 전지를 직렬로 연결하여 사용할 때는 전지의 전압이 출력 측에서 측정한 평균전압이기 때문이다. 전지는 0.9Volt이면 충전된 에너지가 0%이고, 1Volt이면 20%정도 잔량이 남아있 는 것으로 가정하여 2개 이상의 전지를 직렬로 사용하는 경우 과 방전을 방지하여 전지의 (+)와 (-)가 뒤집어지는 전극현상을 막기 위한 것이다. 전극현상은 전지의 성능을 급격히 저하시킨다. @@@전지는 사용 후 바로 충전하면 좋지 않다. 전지가 방전 중에 발생한 열로 충분한 시간을 주어 냉각시킨 뒤에 충전하는 것이 효과적이다.@@@ 전지는 내부가 화학물질로 채워진 복잡한 구조의 물건이기 때문에 열에 약하다. 따라서 충전중이나 사용중에 전지에서 열이 발생하는 것은 전지 수명에 이로울 것이 하나도 없다. 충전 중에 전지에서 열이 발생하는 것 은 전지 내부의 화학작용에 의한 것으로서 가능한 온도가 낮게 유지 되도 록 충전기를 계속 개량해 나간다. 그래도 안심이 안되니까 온도센서로 온 도를 감시하고 안전장치로 온도 퓨즈를 넣어 온도가 높아지면 충전이나 방전을 중지시킨다. 전지의 충전은 방전 후 12시간쯤 지난 뒤에 하는 것 이 효과적이다. @@@여러 개의 전지를 충전하고 직렬로 연결하여 사용하거나 팩으로 된 전지 를 사용하는 경우에는 과 충전과 과 방전을 절대로 안하는 것이 최선이다.@@@ 과 충전은 좋은 충전기에서 충전하면 해결되지만 과방전은 전지를 사용하는 장비에 과 방전 경보장치나 과 방전 차단장치가 부착되지 않은 경우가 많아 과 방전을 막기가 어렵다. 전지를 적절히 사용하지 않고 과방전이 다 되도록 사용한다고 해도, 전체 사용시간은 약 10% 내외가 연장되는데 불과하기 때문에 과방전은 가능한 피하는 것이 좋다. @@@전지사용 7가지 원칙@@@   -과충전시키지 말 것   -과방전시키지 말 것   -사용 후 바로 충전시키지 말 것   -크기에 비해 전류용량이 많은 전지는 대 전류로 급속 충전시키지 말 것   -단위전지는 온도관리가 불가능하므로 지능형 충전기를 사용할 것   -여러 종류의 전지를 섞어 쓰지 말 것   -전지를 높은 온도에 보관하지 말 것   -단위전지를 방전 후 충전하려면 개별방전이나 병렬 방전할 것 충전용 전지 관리를 한마디로 요약해서 설명하는 것은 쉬운 일이 아니다. 왜냐하면 전지의 사용용도가 광범위하고 용도에 따라서 전지를 관리하는 요령이 다 각각 다른 특성을 가지고 있기 때문이다. 습관적을 잘못 이해 하고 있는 것을 검토해보면 관리 요령은 이해가 쉬울 것으로 생각되어 몇 가지만 나열해 본다. 충전용니켈 카드뮴이나 니켈 수소전지는 완전 방전하여 충전하는 것이 좋다. 흔히 하는 말이다. 완전방전이란 용어는 전지 내부에 남아있는 전기적인 에너지를 완전히 없앤다는 뜻이다. 충전용 전지는 내부를 들여다 볼 수 없을 뿐만 아니라 설령 내부가 보이는 유리통속에 들어있는 산업용이라 할지라도 특수한 측정계기가 없이는 완전방전인지 아닌지를 확인하기는 쉽지 않다. 완전방전이란 전문분야의 사람들이 사용하는 기술적 용어를 아마추어무선사나 전지를 사용하는 사람들은 유리병 속의 내용물을 눈으로 보면서 완전히 쏟아내듯이 쉽게 생각하지만 현실적으로는 불가능하다. 전지를 사용하는 기기와 전지 팩, 전지를 충전하기 위한 충전기가 세트로 상품화한 경우에는 전지사용상 별다른 문제가 없다. 단지 과 방전 방지기 능이 없는 기기에서는 너무 많이 방전시켜서 전지의 극성이 바뀌는 사고 가 발생할 수도 있다. 충전하기 전에 방전하고 충전하는 경우를 생각해 보자. 무선으로 움직이는 모형비행기난 자동차 또는 물에서 작동하는 모형 배의 경우 모형기에 장착된 배터리는 모형기를 작동시키는 동안에 전지는 여유 가 있어야 한다. 만일 모형 비행기를 공중에 띄어놓고 지상에서 조종하는 데 배터리가 방전되어 전압이 낮아지면 값비싼 장비는 조정하는 대로 움 직이지 않아 추락하게 된다. 이런 경우 전지는 반드시 일정량이상 남아있 어야 한다. 다시 충전할 때 남아 있는 양을 방전시키고 정해진 전류로 충 전하여 충전시간을 계산하면 전지의 상태를 수치상으로 확인 할 수 있다. 이런 경우 방전하고 충전하는 것이 효과적이고 안전하다. 무선조정용 전지 중엔 한개 한 개씩 개별적으로 방전할 때 앞에 설명한 방전 종지 전압보다 더 낮은 전압까지 방전할 수 있는 전지도 있다. 수중 에서 사용하는 수쿠버용 장비 중엔 전등이 중요하다. 물속에서의 불빛은 안전상으로도 중요하므로 전지관리는 신중을 기해야 한다. 많은 종류의 전등은 한개한개씩 따로따로 분리된 전지를 4개에서 10개정도 충전하여 직렬로 연결해 사용한다. 이런 경우는 전지관리를 위해서 병렬로 관리하 는 상품이 있다. @@@전지의 잔량을 전부 같게 만드는 것이 중요하다.@@@ 전등 중엔 용량이 큰 전지를 5개나 10개로 연결하고 팩으로 만들어 사용 하도록 된 것도 있다. 이 경우 전용으로 공급되는 충전기가 있어 충전 시 엔 큰 문제가 없으나 전등을 사용하는 중에 너무 많이 방전시키는 경우가 자주 발생하면 전지의 수명은 짧아지게 된다. 과 방전시키지 말아야하고 과 방전시켜서 성능이 떨어진 전지(여러 개의 전지가 용량이 각각 달라져 버린 상태를 말한다.)는 표준 충전기로는 회복이 안 된다. 무전기에 장착된 전지팩의 경우도 잘 만들어진 충전기가 함께 공급되므로 충전 시엔 문제가 생기지 않는다. 구형의 무전기는 오랜 시간 사용하면 전지 팩이 과 방전된다. 무전기를 전지충전기에 꼽아 놓고 사용하는 경우 전지 팩이나 무전기에 이로울 것이 없다. 충전기는 전지 충전용으로만 사 용하는 것이 안전하다. 코드 없는 전화기는 하루에도 몇 번씩 전화기를 사용하는데 사용할 때마 다 충전기에서 빼내었다 꼽았다 반복한다. 6~7년 전쯤엔 코드 없는 전화 기는 3~4회 완전 방전시켜서 충전해 사용하라고 설명서에 써 있었다. 사 용자들은 코드 없는 전화기를 충전기에서 분리시켜 하루 밤쯤 두면 전화 기가 자동으로 꺼져있게 되는데 그 다음 다시 충전해서 사용하고 했다. 당시엔 니켈카드뮴 전지가 3개 내지 4개가 직렬로 연결되어 사용되었는 데 어느 전화기 회사는 1년에 5000개의 전지를 교환해 주었다고 한다. 왜? 과 방전시킨 전지 중 한 개가 (+)(-)가 바뀌어 재충전이 안되는 상태가 되어 버렸기 때문이다. 요즘 코드 없는 전화기는 방바닥이나 책상 위에 방치해 두어도 자동으로 꺼지는 기능이 있거나 삐삐 경고음을 내는 기능을 가진 것들이 있다. 전화기는 사용 후 충전기에 꼽아 놓는게 좋다.