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  iWiz(2004-08-03 01:25:27, Hit : 19802, Vote : 7
 http://www.wz.pe.kr

배터리를 알면 방전이 잡힌다.


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.

글/민병하(byoungha.min@samsung.com)




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