스크랩 캠핑카배터리에 대하여

[배재학]

하기 내용은 본인의 지식을 바탕으로 작성하였으며, 실제 내용과 다를 수 있슴을 양지 바랍니다.

배터리와 같은 전기 부분은 다소 복잡하게 생각될 수 있을 겁니다. 하지만 어려운 점은 전혀 없으니,

찬찬히 음미하며 읽어 보시기 바랍니다. ㅋ

배터리 알기

1. 배터리의 구조

   - 여기서 배터리란 자동차등에 쓰이는 2차 전지 기준입니다.

   
 자동차용 12V 배터리는 위와 같이 +전극판과 -전극판으로 이루어져 있는 1개의 셀이 직렬로 6개가

붙어있는 구조이다. 한개의 셀이 평균 2.1V의 전압이 나오므로 2.1*6ea는 12.6V인것이다. 이 것이

우리가 주로 쓰는 배터리의 구조이다. 예를 들어 이 셀을 3개 붙이면 6V배터리가 되는 것이다.

이 셀에 들어있는 전극판중 - 전극판이 주로 납으로 만들어져 있고, 전해액은 황산용액으로 채워져

있다. 이 납이 황산용액에 녹으면서 전기를 발생하게 되고 방전이 이루어지게 된다. 반대로 충전시

에는 황산용액속에 녹아있던 납이온이 다시 납판에 붙으면서 납으로 환원되는 것이다. 이 납판이

녹고 다시 생기고 하면서 배터리가 충방전 되는 것이 일반적인 원리이다. 우리가 알고있는 "배터리는

완전방전"되면 사용을 못한다. 라고 알고 있는 사항이 있다. 이는 납이 일정이상 녹으면 다시 충전시켜

환원시켜 줘야 되나, 심방전이 되면 너무 많은 납이 녹아 납판이 손상되었을 경우 100%환원되기가

어렵게 된다. 따라서 배터리의 성능(충방전량)이 급격히 떨어지게 되는 것이다. 하지만 대게 완전방전

된 뒤 12시간내에 완전충전을 시켜주면 90%이상 사용하는데 큰 무리는 없다.

2. 배터리의 종류

  1) 자동차용 배터리(납판은 얇고 납판면적을 넓게 만듦)

     자동차의 특성상 시동시 갑자기 많은 전기를 소모하고, 시동이 된 뒤에는 즉시 충전이 이루어지기

     때문에 빨리 방전되고 빨리 충전되는 원리로 배터리가 만들어진다. 이때문에 납판을 ?緞? 황산용액

     에 담기는 면적을 넓게 만들어 순식간에 큰 전기를 쓸 수 있도록 만들어 놓은 것이다. 하지만 이러한

     특성때문에 오래 방전하고 충전하면 납판이 얇기 때문에 쉽게 손상된다는 단점이 있다. 때문에 이러

     한 자동차용 배터리는 자동차, 윈치용배터리, 크레인등 순식간에 큰 힘이 필요한 곳에 사용된다.

  2) 산업용배터리(UPS용등) - 납판을 두껍으나 면적은 넓지 않음

     이러한 배터리는 납판이 두꺼워 많은 방전이 이루어지는 곳에 사용된다. 하지만 면적은 좁기

     때문에 갑자기 많은 전기가 소요되는 곳에는 적합하지 않다. 납이 황산용액에 녹아드는 속도가

     늦기 때문에 전류가 소요량을 못따라가 전류 불안정을 야기할 수 있다. 하지만 적은 용량이라도

     오랜시간 사용가능하기 때문에 주로 산업용이나 UPS(비상전원)용으로 사용된다. 가격대는

     딥사이클 배터리보다 훨씬 저렴하기 때문에 캠핑카등에서 많은 애용을 하고 있다. 나도 이 제품을

     사용중이다.

  3) 딥사이클배터리 - 특수한 구조로 납판이 두꺼우면서도 면적도 넓다.

     이 배터리는 가장 고가에 속한다. 하지만 납판이 두껍고 면적도 넓어 심방전이 가능하고 순식간에

     충방전이 이루어지기 때문에 수명도 길고 다양하게 사용된다. 갑자기 많은 전기를 오래 소모시키는

     골프카트, 요트, 캠핑카등에서 많이 사용한다. 우리가 많이 알고 있는 옵티마 배터리가 딥사이클에

     속하지만 전극판과 전해용액등을 특수한 것을 사용하여 더더욱 수명과 성능을 늘린 것이다.

     하지만 고가이어서 캠핑카에서는 옵티마보다는 트로잔이나 기타 국산메이커의 딥사이클 배터리를

     많이 사용한다.

3. 배터리 사용용량 알기

  1) 차량별 배터리 전압

      - 일반적으로 승용차 및 소형승합차는 12V 전기 사용, 따라서 12V 배터리 1개 사용

      - 중,대형 버스 및 트럭등은 24V전기를 사용, 따라서 12V 배터리 2개를 직렬로 사용.

    * 이유 : 큰 차량들은 일반적으로 전기를 많이 소모합니다. 하지만 배터리 크기를 늘리는데는

                한계가 있고, 또한 전기는 전압이 올라갈수록 효율이 높아집니다. 전압이 올라가면 전기가

                압이 쎄어져 빨랑빨랑 흐르는 거죠... 우리가 물을 쎄게 틀면 약하게 트는 것보다 빨리

                물통에 물을 채우는 것과 같은 원리 입니다. 가정에서도 예전에 110V사용하다가 요즘은

                220V를 사용하면서 효율이 좋아진 것도 이러한 이유때문입니다. 세게 빨랑빨랑 흐르니까

                중간에 질질흘리는(저항) 물이 줄어드니까 전기세도 쬐끔 나오고 효율도 좋습니다.

  2) 배터리 용량 알기

      일단 암호 같던 포장박스의 기호들을 알기 쉽게 풀어드립니다.

                            <델코배터리의 예입니다.>

⑦ DF : Delkor Freedom의 약자(배터리 회사의 브랜드)
⑧ 55 : 20시간율 용량 값 (AH) - 대부분 배터리는 20시간동안 사용하는 것을 표준으로 합니다. 따라서

                                               20시간동안 찬찬히 사용했을때 55암페어만큼을 사용할 수 있다는

                                               말입니다.
⑨ 12V : 공칭전압 (방전중의 평균전압) - 배터리 전압이라고 보시면 됨
⑩ R.C : 보유용량 (Reserve Capacity)

차량운행 중에 발전기 고장 시, 차량운행에 필요한 최소한의 전기소모량(야간, 우천시 등, 악조건 고려)을 평균 25A로 가정하고, 이 25A로 방전하였을 때 단자전압이 10.5V까지 도달하는데 까지의 시간을 분단위로 나타낸 것입니다.

⑪ C.C.A 650A : 저온 시동전류 (Cold Cranking Ampere)

혹한조건 (-18℃)에서 차량의 시동에 필요한 전류를 공급해줄 수 있는 능력으로,
위의 조건에서 완전 충전된 전지를 650A로 방전하였을 때, 방전 종지 전압 7.2V까지
최소한 30초 이상은 유지시켜줄 수 있음을 나타냅니다.

위와 같이 배터리 명칭 읽는법을 알아 보았구요. 여기서 일반적으로 용량을 얘기할때는 55부분을

얘기합니다. 55암페어라는 얘기죠. 그럼 용량이 55암페어가 됩니다. 200은 200암페어, 250은 250

암페어라고 용량을 아시면 됩니다. 이 용량은 배터리에 저장된 총용량입니다. 

예를들어 설명해보겠습니다.  총 55A 용량의 배터리를 갖고 5A전기를 사용하는 전등이 있다면

55나누기 5하면 11이 됩니다. 그럼 11시간을 사용할 수 있다는 단순한 계산이 나올 수 있죠.

이번엔 전력으로 얘기해 보겠습니다. 아래 식만 알면 모든 문제 다 풀립니다..ㅋㅋㅋ

                     P      =        I       *         V

                  (전력)   =     (전류)   *      (전압)

    단위는    (W-와트)  =   (A-암페어) *  (V-볼트)

그럼 저 위의 55암페어 용량의 배터리는 12V짜리니까  55*12=660W(와트)가 됩니다.

그럼 100W짜리 전등은 몇시간 사용할까요?  660나누기100하면  6.6시간이 됩니다.

6시간하고 36분을 쓸 수 있다는 말입니다.(0.5시간이 30분인거 아시죠? ㅋㅋㅋ)

이렇게 단순하게 계산하시면 대부분의 사용량을 계산하실 수 있을 겁니다.

하지만 다른 변수들이 있기에 이러한 단순한 계산은 이론치이고 실제로는 아래와 같이 손실을

감안해줘야 됩니다. 이 손실부분은 담 장에 소개 합니다.

4. 배터리 선택

  1) 배터리의 연결방법

위의 설명과 같이 캠카에는 전기를 이용하기 위해서는 보조배터리를 설치하여야 합니다.

일단 배터리는 메인배터리와 보조배터리를 철저히 분리하여 줘야 합니다. 주행중 충전이나,

충전기를 이용한 충전시에는 같이 물려도 괜찮으나, 그 외에는 분리해줘야 배터리의 급격한

수명단축을 피할 수 있습니다.

옵티마 레드에 주행충전기 장착모습입니다. 자동차 알터에는 과충전 방지장치가 있어, 사용하는데

큰 무리는 없으나, 주행충전기를 사용하면 더욱더 효율적으로 배터리 관리가 가능하여 수명연장에

도움이 됩니다. 또한 주행중에는 효율적인 충전을 하며, 시동이 꺼졌을때는 메인배터리와

보조배터리를 분리하는 역할을 하게 됩니다. 충전 용량은 약 30A정도 됩니다. 가격은 대략 15만원선.

사진출처 : 코리아캠핑카

다음은 자동차용 파워릴레이입니다. 대용량이지요. 메인배터리 방전시 보조배터리로 시동을

걸려고 하면 이러한 대용량의 릴레이가 필요합니다. 버스의 경우 100A이상의 대용량의 전기가

시동시에 소모되므로 릴레이 용량도 이 에 맞춰줘야 합니다. 단순하게 메인과 보조배터리를

각각 연결해 놓고 소량의 전기를 흘러주면 2선이 연결되고 전기를 끊어주면 2선이 분리되는

단순 역할입니다. 이 소량전기를 Acc전원과 배터리 전원 2개를 3점식 똑딱이 스위치에 연결하여

릴레이와 연결하면 Acc전원쪽으로 스위치를 연결하면 주행중에만 충전이 되고, 메인배터리

방전시에는 배터리전원쪽으로 똑딱이 스위치를 위치해주면 비상시동이 가능합니다. 그리고

중립에 스위치를 놔두면 주행등에 상관없이 무조건 분리됩니다. 현재로서는 가장 저렴하게

보조배터리를 연결할 수 있는 방법입니다. 가격은 1만원대면 구입가능합니다.

배터리의 선택에 있어 가장 중요한 사항은 산업용 이상급으로 선택하셔야 합니다. 딥사이클이면 금상

첨화입니다. 또한 보조배터리는 2개이상 사용되는 경우가 많습니다.(24V는 2개이상 필수) 이 때 중요

한 것은 같은 메이커 제품의 같은 용량, 같은 새제품이나 동등조건 사용 제품을 사용하여야 합니다.

그렇지 않으면 배터리간 충방전이 이루어져 급격한 수명단축의 원인이 됩니다.

2) 배터리 용량 선택

보통 딥사이클 배터리가 아닌 일반 산업용배터리등은 방전시간을 20시간으로 기준으로 하고 있습니다.

20시간동안 허용전류를 사용하여야 100% 배터리를 안전하고 오래 사용할 수 있습니다. 하지만 캠핑카

의 조건상 많은 전기를 짧은 시간내에 사용하는 경우가 많습니다. 이 때문에 배터리의 용량을 늘려줘서

배터리의 사용시간을 늘려주는 것이 좋습니다. 현재까지 본인의 경험으로는 최소 10시간이상정도의

사용시간을 가져 주는 것이 좋을 듯 합니다.  이러한 배터리 사용시간과 용량을 계산하는 방법을 알아

봅니다.

ㄱ. 일단 캠카내부의 전기제품 사용량을 알아야 합니다. 저의 경우를 예를 들어 보겠습니다.

     TV - 120W, 냉장고 - 80W, 에어컨 - 1kw, led전등 총14개 - 70W, 오디오 - 100W, 스팀오븐-1.3kw

     대략 이정도를 여름철에 일반적으로 사용합니다. 이를 다 더해보면 2.67kw정도 됩니다. 물론

     스팀오븐등은 가끔 사용하기도 하지만 일단 모두 계산에 넣고 가정하겠습니다. 그러면 배터리용량

     을 계산하는 방법을 위 식으로 구해 보겠습니다.

     총사용량(10시간) = 2.67*10 = 26.7kw = 26,700w

     배터리용량 구하기 :  26,700w/24v(배터리전압) = 1,113A

     인버터 효율 나누기(보통 효율이 90%정도임) = 1,113A/0.9 = 1,237A

     심방전 배터리 효율 나누기(배터리 효율은 대략 80%임) = 1,237A/0.8A = 1,546A

     -> 이러한 계산방법으로 1,546A라는 숫자가 나왔습니다. 이를 배터리 수량으로 나눠보겠습니다.

         배터리는 산업용 최대용량인 250A짜리를 사용해보겠습니다.

     1,546A/250A = 약6.2set 가 나오며 24V는 배터리2개씩을 직렬로 연결해야 하므로

     6.2*2=12.4개  이는 약 배터리가 14개가 들어가야한다는 결과가 나옵니다. 하지만 250A짜리가

     개당 무게가 60kg을 넘어가므로 14개*60kg는 840kg의 무게가 나옵니다. 이런 무게의 배터리를

     싣고다니는 것은 무리겠죠? 이럴경우 차라리 배터리는 4개이하로 줄이고, 발전기등을 사용하는것이

     좋습니다. 저는 250A 4개를 싣고다니는데, 실제로 에어컨을 가동하고도 이정도면 약10시간정도

     사용가능합니다.

     본인의 경험상 추천사항은 아래와 같습니다.

     대형버스(45인승이상급) - 산업용 250A 4개 - 대략 50만원선

     중형버스(코스모스, 콤비급) - 산업용 250A 2개 - 대략 25만원선

     소형버스(이스타나,트레일러등) - 트로잔 딥사이클 100A 2개 - 대략 30만원선

     미니버스(스타렉스등) - 트로잔 딥사이클 100A 1개 - 대략15만원선

ㄴ. 인버터 선택

     인버터는 크게 정현파 인버터와 유사정현파 인버터등으로 나뉩니다. 일반적으로 많이 사용하는

     것은 유사정현파를 사용하게 되는데 단순히 kw만 보시고 구입하시는 경우가 많습니다. 예를들면

     전자제품이 대략 1kw를 사용하는데 2kw정도의 인버터를 사용하면 별 무리없이 사용할 수 있으나,

     사용전기제품의 종류에 따라서 가동초기에 많은 전기를 소모하는 제품이 많습니다. 특히 모터류의

     제품을 사용할 경우 초기 기동전력을 많이 먹습니다. 따라서 전자제품은 1kw인데 2kw 인버터를

     사용하면 기동되지 않는 경우가 더러 있습니다. 이 에 인버터의 스펙을 자세히 보시면 모든제품에는

     정격전력, 써지전력(최대전력)등이 표시되어 있습니다. 이 써지전력이 초기 기동최대전력을 나타

     냅니다. 같은 유사정현파 방식이라도 고가의 제품은 이 써지전력이 높은 것이 일반적입니다. 따라서

     구입시 정격전력 외에 써지전력을 필히 살펴보시기 바랍니다.

ㄷ. 기타 유의점

     a. 메인배터리와 보조배터리 연결시 메인배터리에 가까운 곳에 필히 휴즈(fuse)를 설치바랍니다.

         - 화재 및 기타 장비 보호 목적

     b. 릴레이 선택시 용량을 철저히 알아야 합니다.

     c. 배터리 연결관련 전선은 필히 규정 용량에 맞는 배터리선을 연결해야 합니다.

         - 과부하시 화재 발생 위험.

     d. 보조배터리 설치시 환기가 잘 되는 곳에 설치하여야 합니다. - 충전시 가스 발생(인체유해)

     e. 배터리 전압계를 설치하여 배터리 관리에 만전을 가해야 합니다.

         - 전압계로 배터리 상태를 점검할 수 있습니다. 수명이 떨어져 캠핑장에서 정전으로 지내야

            되는 경우가 있슴.

     f. 배터리 및 모든 전선은 차량 진동으로 부터 보호해야 됩니다. (코킹또는 쉴드처리 요망)

        - 진동으로 인한 피복이 벗겨져 화재로 이어지는 위험이 있슴.