1. Ni-Cd, Ni-MH 둘 중 어떤 것이 더 오래 가나요?
아님 보통 상점에서 구할 수 있는 충전지 중에서 가장 오래 가는 것은 어떤 종류인가요?
CD-P 가 전지를 너무 많이 잡아먹어요. 그래서 좀 좋은 걸로 살라고.
"오래 간다"는 말이 무엇인지 정확하지 않습니다. 대체적으로 두 가지 중 하나라 여겨져 둘 다 말씀드리겠습니다. 하나는 수명이고 하나는 작동시간일 것입니다.
수명은 NiCd가 NiMH의 약 세 배 정도 됩니다. NiCd인 경우 완전 충방전 1,500회면 용량 80%까지 내려간다고 합니다(주기 수명, cycle life). 물론 완전 충방전이 아니면 수만 회가 될 것입니다. NiMH의 주기수명은 500회 정도라고 합니다.
작동시간은 전지의 용량과 관계가 있습니다. 즉, 크기가 일정하다면 전지 화학에서 고유의 에너지 밀도가 높을 수록 더 오래 작동합니다. NiCd인 경우 시중에는 500, 600, 700, 1,000 ㎃등의 용량을 갖는 전지들이 있습니다. NiMH의 경우는 1,600㎃ 짜리도 있으니 이것을 사용하시면 작동시간은 최대라고 여겨집니다. 용량이 큰 것일수록 작동시간이 긴 것은 당연한것입니다.주기 수명이 되었건 작동 시간이 되었건 좋은 품질의 충전기로 충전했을 때에만 최선의 결과가 나온다는 것을 명심해야 합니다.
2. 일회용 전지의 충전
일반적으로 일회용 전지는 알칼리 전지를 포함해서 충전기로는 충전이 되지 않습니다. 섣불리 충전하다 보면 전지의 전해질이 빠져나와 충전기나 사용하는 제품에 손상을 입힐 수도 있습니다. 경우에 따라서 전해질이 전기분해되어 수소와 산소 기체가 전지로부터 빠져나오면 폭발의 위험성도 있습니다. 실제 외국에서 이렇게 폭발하여 전해질이 눈에 들어가 실명한 예도 있다고 합니다.
"일회용 전지를 충전한다"는 것은 전지를 충전한다기 보다는 전지 내부에 미활성 또는 불활성 물질을 활성화시키는 것에 지나지 않습니다. 디지털 카메라처럼 사용 말 전압(end of use voltage)이 높은 기기에 사용한 일회용 전지는 몇차례의 전해질 활성화 방법에 의해 남아있는 에너지를 뽑아 쓸 수 있습니다. 일회용 전지를 따뜻한 곳에 두었다가 사용하는 것도 남은 에너지를 활성화시키는 방법들 중 하나입니다. 진정코 일회용 전지가 충전이 된다고 하면, 전지 시계와 같이 낮은 전류로 장시간 사용하는 사용 말 전압이 낮은 기기에 사용하여 작동이 되지 않는 전지를 충전하여 사용할 수 있어야 합니다.
3. 충전용 알칼라인 전지에 관하여
국내에서 'rechargeable alkaline battery'라고 하는 전지는 엄밀히 말하자면 충전용 전지가 아닙니다. 그 이유는 충전용이라 하면, 전지의 에너지를 다 사용하고 다시 충전하였을 때, 100%의 용량이 다시 충전되어야 하며, 이렇게 할 수 있는 회수도 적어도 몇 백 회는 되어야 합니다. 그러나, rechargeable alkaline battery는 단 한번도 완전방전 후에 다시 완전히 충전이 되지 않습니다. 뿐만 아니라 그 회수도 몇 십 회 되지 않습니다.
이 전지는 알칼리 전지라고 하지만 에너지 밀도 즉 전지 안에 들어있는 에너지 양도 일회용 알칼리 전지보다 훨씬 낮다고 합니다. 일회용으로도 불충분하고 충전용으로도 만족스럽지 못하다고 여겨집니다.
어쨌든 이런 이유로 해서 어떤 학자들은 이 전지를 충전용으로 분류하기보다는 재활용 전지(reusable battery)로 분류하기도 합니다.
또한, 상당수의 사용자들이 사용도중 전해액이 흘러나오는 등의 불편을 겪었다고 합니다.
결론적으로 당사의 관리충전기에 이들 전지를 사용하시면 절대로 안 됩니다.
당사의 디지털 카메라용의 관리충전기는 MCA4가 있으며 이것에 AA형 니켈-수소나 니켈-카드뮴 전지를 사용하시면 됩니다. 이들 전지의 주기 수명은 니켈-수소가 500회, 니켈-카드뮴이 1,500회 정도가 되므로 이들 전지와 당사의 관리충전기를 사용하시는 것이 가장 경제적입니다.
4. 충전시간과 전지의 수명간의 관계 ; 완속 충전이 좋다던데
제가 듣기로 지나치게 급속충전을 하면 전지의 수명이 줄어든다고 하는데 니카몬의 충전기는 그 점에 있어서 문제가 없는지요?
일반적으로 모든 충전용 전지는 빠른 속도로 충전을 하면 전지의 수명은 단축됩니다. 이것은 마치 자동차의 타이어처럼 같은 거리를 주행하는데 저속보다 고속으로 주행할 때, 마모가 더 심하게 일어나는 것에 비유할 수 있습니다. 그러나, 그 정도의 차이는 우리가 자동차를 이용하는 목적에 의해 무시되기도 합니다. 저속에서 타이어 마모가 적다고 타이어만을 위해서 10km 이하로 주행할 수는 없기 때문입니다.
이것은 일반적인 실험실 상황에서의 논리입니다. 실제로 통상의 충전기로 급속 또는 초급속 충전을 하면, 전지의 수명이 아주 빨리 짧아지는 것을 많은 사람들이 느끼고 있습니다. 당사의 충전기가 처음 시장에 출현했을 때에도 같은 말을 많이 들었습니다. "누가 충전 전류를 높일 줄 몰라서 안 높여 충전기는 만드는 줄 알아."라고 하면서 과거에 많은 시도에서 급속/초급속 충전기가 전지를 많이 망가트린 것을 기억하고 계신 분들이 말씀하시곤 했습니다. 그러나, 전지를 망가트리는 주요 원인은 다른데 있습니다. 충전용 전지의 제조사에서도 충전 속도는 2C 비율 정도는 무난하다는 것이 그들의 주장입니다. 심지어 4C도 가능하다고 주장하기도 합니다. 그러나, 이런 속도를 갖는 충전기는 존재하지 않았습니다. 아니 만들어 보았지만 전지만 망가트렸습니다.
지금 현재, 충전용 전지는 전지의 충전 속도 때문이 아니라 전지의 관리 부재로 전지가 망가지고 있습니다. 0.1~0.2C 비율 정도 되는 충전기도 10여 차례만 사용하여도 전지의 성능이 심각하게 저하되는 것을 보면, 이 주장이 사실이라는 것을 알 수 있습니다. 이렇게 성능이 저하되어 사용할 수 없다고 판단된 전지를 당사의 관리충전기로 관리 충전하여 다시 사용할 수 있다는 소비자들의 경험을 많이 들을 수 있습니다.
결론적으로 "전지를 관리하지 않으면 급속/초급속 충전을 해서는 안 된다"고 말할 수 잇습니다. 충전 속도가 높아지면 수명은 줄겠지만 유의할 정도는 되지 않아 무시해도 되며, 다른 수명 저해 문제를 해결하는 전지 관리가 더 중요하다고 생각합니다.
한편, 최근의 연구에 의하면 니켈 전지를 저속으로 장시간 충전을 하면 극판 부근에서 비정상적으로 큰 결정질이 만들어져 전지의 기능부전으로 이어진다고 합니다. 그래서 표준 충전이 유해하다고 판단하고 있습니다. 이를 해결하는 방법은 오로지 급속/초급속 충전이라고 합니다. 이 경우에 또는 전지를 오래 방치하여 전해질이 굳어 기능부전이 발생한 경우에 전지를 급속 또는 초급속 충전을 하면 충전전류에 의해 결정질이 용해되면서 곱게 분산되어 전지의 성능이 개선됩니다. 방전이나 관리하면서 이 과정을 몇 차례 반복하면 전지의 성능은 최대가 됩니다.
5. 전지의 선택요령 ; 니켈-카드뮴, 니켈-수소 전지의 특성
가. 카드뮴 전지는 1000㎃ 수소전지는 1600㎃가 있던데, 이 용량의 차이가 자동차로 보았을 때 기름통이 크고 작은 차이인지요?
나. 다음으로 니켈 수소는 500회, 니켈 카드뮴은 1500회라고 나와 있는데 경제성으로 보았을 때 카드뮴 전지가 높다고 볼 수 있나요(같은 용량의 카드뮴 전지가 수소 전지보다 비싼지요)?
다. 다음으로 순간적으로 낼 수 있는 힘은 용량과는 상관없는 것인 지요? 또한, 수소와 카드뮴 중 어느 것이 순간적인 힘이 더 세며 %로 따지면 몇 % 정도 더 센 건지요?(저의 경우 디지털 카메라와 플래시에 사용할 목적으로 구입하는데 플래시의 경우 순간적인 힘이 세야지 금방 충전이 완료되어서 다음 촬영을 할 수 있어서요)
라. 일반 알칼리 일회용 전지와 비교하면 일반 전지의 순간적인 힘이 더 센건가요(세다면 카드뮴이나 수소와 비교하여서 어느 정도인지요)? 또한, 위에 질문한 ㎃가 건전지의 용량이라면 일반 알칼리 전지는 몇 ㎃ 정도 되는지요?
마. 알칼리의 경우 플래시에 사용할 경우 사용할 수록 힘이 약해지는데(건전지가 완전히 떨어질 때까지 사용 못 합니다) 수소나 카드뮴의 경우 배터리의 힘이 일정한가요 아니면 점점 떨어지나요?
가. 전지에서 용량의 차이는 말씀하신 대로 자동차의 연로통과 같아서 저장할 수 있는 에너지의 양으로 판단하시면 됩니다.
나. 니켈-카드뮴 전지가 경제적이라고 생각합니다. 용량이 같다면 니켈-카드뮴 전지가 니켈-수소 전지보다 저렴할 것입니다. 즉, 단위 용량당 비용이 니켈-카드뮴 전지가 더 저렴합니다. 수명과 이런 근거에서 산술적으로 니켈-카드뮴 전지가 더 경제적이지요. 하지만, 자주 충전해야 한다는 불편을 감수해야 할 것입니다.
다. 순간적으로 낼 수 있는 힘은 용량과 관계가 있을 수도 있고 또 없을 수도 있습니다. 일반적으로 용량이 큰 전지는 단위시간당 많은 양의 에너지를 방출할 수 있지요. 그러나, 이것은 같은 구조와 화학을 갖는 전지에서 그러하다는 것입니다. 즉, AA형 전지보다 크기가 더 큰 C형 전지가 더 큰 에너지를 방출할 수 있지요. 그런데 전지의 크기가 같을 경우 고용량 전지는 저용량(표준형) 전지 오히려 단위시간당 방출할 수 있는 에너지의 양이 줄어들기도 합니다. 그래서 현명한 사용자라면 전지제조회사에서 제공하는 자료를 참고하여 제품을 선택하는 것이 바람직하지요.
일반적으로 니켈-수소 전지는 크기가 같을 때 니켈-카드뮴(카드늄이 아니고) 전지보다 용량이 두 배정도 됩니다. 방전 특성은 니켈-카드뮴 전지의 약 50%정도 됩니다. 따라서 니켈-수소 전지는 니켈-카드뮴 전지보다, 낮은 전류로 오래 사용하는데 바람직합니다. 일반 알칼리 일회용 전지는 용량이 니켈-수소 전지보다 두 배 정도 되며 역시 방전 특성도 절반 정도 됩니다. 즉, 시계와 같이 저 전류로 오래 작동하는 기기에는 알칼리 전지가 바람직하지요.
디지털 카메라와 플래시(스트로브)에 사용할 것이라면 용도에 맞게 선택하셔야 할 것입니다. 즉, 촬영 기법이나 상황에 맞게 선택해야 합니다. 디지털 카메라의 경우 액정 모니터까지 보려면 전류가 많이 필요하지요. 이 경우 알칼리 전지를 사용하면 전지가 갖고 있는 에너지 중 30% 정도 밖에 못쓰고 작동을 멈추는 것 같습니다. 경제적으로 아깝지요. 니켈-카드뮴 전지를 사용하면 전지 안의 에너지는 다 사용할 때까지 디지털 카메라가 작동하겠지만, 절대 용량이 부족하다는 것이 흠이 될 수 있을 것입니다. 니켈-수소가 중간 정도로 작동할 것입니다.
라. 알칼리 전지의 순간 최대방전률은 니켈-카드뮴이나 니켈-수소보다 훨씬 낮습니다. 그래서 제품을 설계할 때, 크기가 같은 경우 니켈-카드뮴 전지보다 출력을 ⅓로 줄여 설계하는 것이 보통이지요. 그래서 전동공구에는 용량은 작지만 니켈-카드뮴을 선택하는 것입니다. 그러나 용량은 AA형을 기준으로 할 때 표준 크기의 전지에서의 용량은 니켈-카드뮴, 니켈-수소, 알칼리 전지는 각각 700㎃, 1,200㎃, 2,500㎃ 입니다.
마. 방전 특성도 전지 종류마다 다 다릅니다. 알칼리 전지는 사용 후부터 전압이 감소하기 시작하여 꾸준히 낮아집니다. 즉, 완만한 비탈길과 같은 모양이지요. 한편, 니켈-카드뮴 전지는 사용 후부터 거의 전압의 변동이 없다가 90%이상의 에너지가 사용되면 급격히 전압이 떨어집니다. 전체적인 모양이 'ᄀ'자처럼 1.0볼트부근에서 낭떠러지처럼 급격히 전압이 감소합니다. 이런 특성으로 인해 작동양상도 다릅니다. 전등에 사용하면 알칼리 전지를 넣은 경우는 사용 후부터 바로 전지의 불빛이 붉어지기 시작하여 시간이 갈수록 점점 더 붉어집니다. 한편, 니켈-카드뮴 전지는 시작부터 거의 비슷한 색(색온도의 변화가 적음.)으로 작동하다가 갑자기 마치 전선 단선 된 것처럼 꺼집니다. 표현이 적절했는지 모르겠습니다만, 니켈-수소 전지는 니켈-카드뮴 전지의 방전특성과 유사하지만 시작부터 약간씩 전압이 감소합니다. 그래서 방전율과 방전특성 곡선에 따라 니켈-카드뮴 전지는 용량이 작아도 힘이 센 것처럼 느끼는 것일 겁니다.
결론적으로, 스트로브나 플래시에 사용할 때, 장시간에 걸쳐 여러 컷의 사진을 찍는다면 알칼리 전지나 니켈-수소 전지가 바람직하다고 봅니다. 그러나, 짧은 시간 동안에 순간적으로 여러 장의 사진을 찍어야 하는 결혼식이나 행사 사진, 스냅으로 찍어야 하는 사진기자의 촬영, 스포츠 사진술 등에서는 오로지 니켈-카드뮴 전지를 사용해야 한다고 생각합니다. 이런 경우 외에도, 야외 졸업식장 촬영이나 야외 자연 촬영과 같은 추운 날 야외에서 촬영해야하는 경우는 오로지 니켈-카드뮴 전지 밖에 사용할 수 없습니다. 년 초 백두산 천지에서 해돋이 광경을 찍으려 했던 한 사진작가는 이를 몰라 서너 장 밖에 못 찍었다고 합니다. 섭씨 영하 40도까지 작동하는 전지는 니켈-카드뮴 밖에 없습니다. 그래서 추운 우주에 떠있는 인공위성에는 오로지 이 전지만 사용합니다.
6. 충전시간과 전지의 수명간의 관계 ; 관리충전기 MCA4 사용법
배터리는 완전히 충전이 된 다음에 빼어야 하는지요? 완전히 충전이 안된 상태에서 빼서 쓰면 어떻게 되는지요. 충전된 배터리는 완전히 다 사용한 후에 충전을 해야 하는지 아니면 조금 쓰고 다시 충전을 해 두어도 되는지요? 어떤 것이 바람직한 사용인가요?
전지가 완전히 충전된 상태에서 충전기에서 빼서 사용하시든 아니든 상관이 없습니다. 일반적으로 과충전시킬 가능성을 없앤다는 측면에서는 불완전 충전을 해서 쓰는 것이 바람직할 수도 있습니다. 그러나, 얼마나 충전이 되었는지 알 길이 없기 때문에 사용자가 작동시간을 예측하기 어려울 것입니다. 이런 이유로 완전 충전을 해서 쓰기도 하지요.
완전히 다 쓰고 충전을 하든 아니든 상관이 없습니다. 엄밀히 말하자면 모든 충전용 전지는 완전히 다 쓰지 않고, 다시 충전하는 것이 전지의 수명에는 더 바람직합니다. 따라서 불필요한 방전은 전지의 수명을 단축시킵니다. 과거 메모리 운운하면서 전지를 완전 방전시킨 후 충전할 것을 권장했지만 이것은 잘못된 것입니다. 오히려 섣불리 완전히 방전 또는 사용 방전을 시키면, 단위전지들 사이에 전위 불균등이 존재하는 경우에는 단위전지 즉 전지가 파괴됩니다. 그런데 여러 개의 단위전지들로 구성된 대부분의 전지에는 정도의 차이는 있지만 전위불균등이 존재하므로 완전 방전시키든지 완전 사용 방전하는 것은 전지의 수명을 단축시키는 행위가 됩니다.
저희 관리충전기에는 전위를 균등화하면서 장기간 방치나 부분 사용으로 인해 굳은 전해질의 충전수용성을 최적화시키는 관리회로가 내장되어 있습니다. 매번 관리하여 충전하는 분도 계시지만, 특수한 경우를 제외하면 계속 전지를 사용하는 경우 대략 한 달에 한 번 정도가 바람직합니다. 니켈-카드뮴 전지의 완전 충방전에 의한 용량 80%까지의 수명이 1,500회이지만, 약 10%의 용량 정도를 사용하여 충전하는 경우의 주기 수명은 수 만회에 이른다고 합니다.
7. 충전용 전지에서 충전 잔량을 알 수 있는 방법
충전지에 충전을 하고 한 후에 충전된 량이 어느 정도 인지 측정할 수 있는 방법이나 계측기는 없나요? RF 모듈의 구동 장치의 전원을 AA 사이즈의 니켈 수소(Ni-MH)를 3개 직렬로 연결하여 사용하고 있습니다. 충전기로 충전 후 사용하는 실제 충전지에 충전된 전기량이 어느 정도인지 알 수 있는 방법이 없을까해서요?
충전지에 충전된 전지 용량을 확인할 수 있는 방법은 전지분석기에서 방전하여 충전된 용량을 계산할 수 있습니다. 당사 개발실에는 캐나다 카덱스(Cadex)사의 'C-7000'이라는 분석기를 사용하고 있습니다. 채널은 네 개이고요. 각종 충전용 전지를 선택한 후 충전전류와 방전전류도 제어할 수 있습니다.
그런데 만약, 실제로 전기장치에서 방전되는 되는 전류 양의 합을 알려면 멀티 테스터 중에 PC와 연결하여 소프트웨어 상에서 방전된 전류의 합을 구할 수도 있습니다.
그러나, 전지를 방전시키지 않고 단지 전지의 전압이나, 저항, 순간 방전 전류 특성 등을 측량하여 전지의 충전 잔량을 예측할 수는 없습니다. 이것은 니켈 계열의 전지의 방전 특성이 "ᄀ" 자 모양으로 방전하면서 전압의 변화가 거의 없기 때문에 전압을 측량하여 충전잔량을 예측하기 곤란합니다. 리튬-이온 전지나 일회용 전지는 니켈 계열의 전지보다 방전하면서 전압의 변화가 심하기 때문에 전압을 측량하여 잔량을 예측하기 쉽습니다.
8. 전지를 방전시키면 전지 성능이 좋아지나요?(방전기); 사용 중에 전지가 뜨거울 정도로 열이 나요.
전지관리에서 방전을 매우 중요시하고 있습니다만, 사실은 전위 균등화가 더 중요합니다. 방전 만하면 전지의 상태가 좋아진다고 하는 미신이 있습니다. 균등화를 이루기 위하여 방전하는 것은 바람직하지만 무턱대고 방전을 시키면 전지는 영구적으로 손상을 받습니다. 한 개의 단위전지를 사용할 경우는 방전을 하여 관리할 필요가 없습니다. 이론적으로 말하자면 단지 초급속 충전만으로도 전지는 관리됩니다.
전지 관리 목적으로 기존의 충전기에 내장되어 있는 방전기 또는 별도로 만들어진 직렬방전기를 계속 사용하면 전지 내부의 전해질이 파괴되어 전지의 수명이 단축되는 원인이 될 수 있습니다. 대부분의 직렬방전기는 단위 당 약 1볼트 또는 그 이하까지 방전시킵니다. 전지를 구성하는 단위전지들 사이에 전위가 불균등한 전지를 이런 방전기로 방전을 시키면, 단위전지들 중 일부는 0볼트를 넘어서 방전이 됩니다. 실제로 0볼트까지가 방전이고, 그 다음에는 과방전인데, 이 때에는 단위전지에 전류를 거꾸로 흘러 들어가게 됩니다. 이 때 흘러 들어간 전류는 단위전지의 전해물을 전기분해시켜 전해물 중 물을 수소와 산소로 분해해 버립니다. 이 때 수소는 단위전지 내부에 축적이 되었다가 단위전지 내부의 압력이 너무 올라가면 분출구로 배출됩니다. 이 때 종종 전해물도 빠져나옵니다. 한편, 산소는 단위전지의 음극과 결합하게되는데 이 산화 과정에서 심하게 열이 발생합니다. 70도가 넘어 만지면 뜨겁거나 델 정도가 되면 이런 과정이 진행된다고 추측할 수 있습니다. 전지를 사용할 때, 손을 델 수 없을 정도로 열이 나는 이유도, 전지를 구성하는 단위전지들의 전위가 불균등한 상태로 전지를 사용한 것으로, 이것으로 설명할 수 있습니다.
직렬방전기를 사용해도 무방한 전지는 이 방전기를 사용하여 관리하지 않아도 되는 전지입니다. 즉, 방전기는 잘못 만들어진 물건입니다. 단 한 번 사용하여도 전지는 영구적인 손상을 입을 수 있습니다
MCA4에는 니카몬 고유의 관리장치가 내장되어 있습니다. 이 장치는
1. 단위전지(CELL)들 사이의 에너지 불균등을 해소하고
2. 처음 사용하거나 장기간 보관한 경우 이로 인해 굳어진 전해질을 제대로 충방전이 되도록 전해질 입자를 작고 고르게 해주며
3. 또한, 장기간 과충전으로 인한 방전 특성 이상을 개선시켜 주는 기능을 갖고 있습니다. 저희의 MCA4에 내장되어 있는 전지관리장치의 기능은 지구상에 현존하는 어떤 전지관리장치보다 우수합니다.
9. 메모리란? ; 질문) 수소전지의 메모리현상
메모리 현상에 대해서는 많이 들어왔습니다. 그런데 수소전지도 메모리 현상이 있나요?
과거 개발 초창기의 니켈-카드뮴 전지는 메모리가 있었습니다. 그러나, 현재는 전지 화학이 발달하여 이 메모리 문제는 거의 해결된 것 같습니다. 다만, 메모리라는 말이 니켈 계열 전지의 기능부전으로 많이 이야기하고 있는 것 같습니다. 다시 말씀드리자면, 메모리를 이야기할 때 이야기하시는 분께서 '메모리'라는 용어를 정리하고 말씀하셔야 의미가 전달될 것입니다. 지금 현재 이야기하는 메모리는 대부분 전지의 용량 감소, 전해질의 결정화로 인한 전지의 기능부전 등으로 말하기도 합니다. 정리하자면, 메모리는 없습니다. 있다고 해도 측정하거나 느끼기 거의 어렵습니다. 특히 니켈 수소 전지는 더욱 그러합니다. 그러나, 니켈-수소 전지도 니켈-카드뮴 전지와 같은 전위 불균등과 같은 기능부전은 있습니다.
대부분 정의하지 않고 사용하는 전지의 메모리 문제는 가역적 문제입니다. 즉, 다시 회복될 수 있습니다.
10. 수동충전기의 사용법
제 디지털 카메라의 제품사양은 정격 6V 1.25Amps입니다. 전 시중에서 쉽게 구하는 1.2V 600㎃h(니켈-카드늄)를 쓰고있습니다. 충전기는 입력 전압은 직류 220V 60hz 4VA이고, 출력전압은 직류 2.4V × 2이며, 출력전류는 직류 180㎃ × 2입니다. 이 제품을 잘 사용할 수 있는 방법은 무엇인지요. 그리고 이 충전기로 니켈-수소1.2v 1600㎃h를 충전해도 상관없는지요.
우선 사용하고 계신 충전기는 수동 충전기로 충전제어를 사용자가 일일이 해야합니다. 번거로울 뿐 아니라 제어가 불가능하다고 해야 맞을 겁니다. 사용 전지가 600㎃짜리에 충전전류가 180㎃이니까 C 비율로는 0.3C가 되는군요. 이론적으로 완전 방전 상태에서 약 3시간 20분 정도에 충전이 될 것입니다. 완전 방전시켜서 3시간 좀 더 지나서 충전기에서 전지를 빼면 거의 완전 충전에 가깝게 충전될 것입니다. 그런데 이렇게 하려면, 완전 방전을 시켜야 할 텐데, 일반적으로 사용자들께서 완전방전 시킬 방법이 별로 없습니다. 우선 이것이 문제입니다. 뿐 만 아니라 섣불리 완전 방전시키려다가 전지에 영구적으로 손상을 줄 수 있습니다.
전지의 충전 상태를 알면 이 상태에서 충전시간을 계산하여 제어해서 과충전을 막을 수 있겠지만, 니켈-카드뮴이나 니켈-수소 전지는 완전 방전시키기 전에는 충전 상태를 파악할 수 없습니다. 리튬 이온 전지는 전압을 측정하면 쉽게 충전 상태 즉 전지 잔량을 계산할 수 있지만 니켈을 근거로 한 전지는 전압을 측정해서 전지 잔량을 알 길이 없습니다. 따라서 수동 충전기는 전지를 과충전시키기 쉽습니다. 과충전 과정 동안에 전지의 내부에서 전해질이 전기분해되어 전해질 중 물이 고갈됩니다. 이 때 많은 열도 나구요. 전지 제조사는 전지 수명을 늘이기 위해 전해질에 물을 약간 더 첨가하지요. 그래서 전지는 처음보다 몇차례 사용해야 제성능이 나옵니다. 따라서 값이 싼 수동 충전기는 완전충전 제어가 사실상 불가능해 "폐전지 제조기"로 악명이 높습니다. 자동 충전기는 완전 충전을 감지하는 IC가 내장되어 있습니다.
이 충전기의 전류로 볼 때, 1,600㎃전지에는 180/1,600 = 0.11C rate 정도 됩니다. 니켈-수소 전지의 특성상 약 0.3C 정도 이상의 충전 전류가 필요한데, 0.11C이면 여기에 상당히 못 미치네요. 아마 충전이 잘 안될 것이라 추측됩니다. 물론, 실험해 본 것은 아니구요.
어쨌든 그 충전기는 여러 가지 까다로운 조건을 잘 충족시키면, 니켈-카드뮴 전지를 충전하는데는 사용할 수 있겠습니다.
11. C-비율과 충전시간
아직까지는 일반용 충전기로 1600 수소 전지를 충전해서 쓰고 있는데요, 정확한 충전 시간을 몰라서 고민하고 있습니다. 충전기 출력 전류는 180㎃이고요, 전지는 전술했듯이 1600㎃ 산요 니켈-메탈수소입니다.
일반적으로 충전전류나 방전전류를 논할 때 흔히 사용하는 것이 C-비율입니다. 이것은 전지의 용량이 매우 다양하기 때문에 원칙을 갖고 통일하기 위하여 사용하는 것입니다. 전지의 용량을 '1'로 보고 시간당 충전전류나 방전전류의 값을 이것에 비례한 값으로 나타내는 것이지요.
흔히, 니켈계열의 전지에서 표준충전이라 함은, 전지 용량의 1/10정도로 충전하는 것을 말합니다. 이때 우리는 0.1C로 충전한다고 합니다. 이렇게 충전했을 때, 충전도중에 손실이 없다면 '1' 나누기 '0.1'을 하여 '10'이 나옵니다. 즉, 표준충전에서는 이론적으로 10시간에 충전이 된다는 것이지요. 그러나, 실제로는 14시간에서 16시간정도가 걸립니다. 충전 중 에너지 손실이 생각보다 많습니다. 그래서 다음과 같은 공식이 성립됩니다.
(전지의 용량) ÷ (시간당 충전전류) × (1 + R) = (충전시간)
여기서 R은 손실에 대한 보정 값으로 표준충전에서는 약 0.4에서 0.6정도되고 시간당 충전전류 즉 C 값이 증가하면 이 값은 '0'에 가까워집니다. 즉, 고속이나 초고속 충전을 하면 충전 효율이 높아집니다.
따라서 이 경우에 충전시간을 계산해보면,
[충전시간] = 1,600㎃h ÷ 180㎃ × (1 + 0.2) = 10.67 (시간)
이 정도에서 완전충전이 됩니다. 여기서 보정 값을 0.2를 주었는데 거의 표준충전 전류에 가깝기 때문입니다. 충전시간은 대략 10시간 40분 정도입니다.
그런데, 이 충전시간의 계산은 소위 최대충전시간으로 흔히 충전시간이라고 합니다. 이 충전기를 이용하여 전지를 완전히 방전시킨 후부터 완전 충전될 때까지의 시간입니다. 일반적으로 니켈 계열의 전지는 전지의 충전 잔량을 알 길이 없기 때문에 수동 충전기에서 완전 충전에 걸리는 시간을 정확히 하려면, 매번 완전방전시킨 후에 충전을 해야할 것입니다. 전지에 손상을 주지 않으면서도 완전방전시킬 수 있는 방전기를 갖고 있어야 하고, 혹시라도 과충전되지 않도록, 충전기를 전자식이든 기계식이든 타이머에 연결하여 쓰는 것이 안전하지요. 과거에는 이 문제 때문에 타이머가 내장된 충전기도 있었습니다.
종종 충전기 성능 표시에 이해가 안가는 경우가 있습니다. 즉, 1,500㎃짜리 전지를 450㎃짜리 충전기로 충전을 하는데 2시간 30분이 걸린다고 한다면 과학적인 원칙을 뛰어넘는 결과이지요. 얄팍한 상술로 소비자를 현혹시키는 것입니다.
수동 충전기를 사용하시면 그 만큼 소비자는 많은 것을 고민해야 합니다. 그리고 표준 충전이 초급속 충전보다 충전 효율이나 충전 량이 떨어진다는 게 일반적인 전지학자들의 견해입니다.
12. 자동 충전기란?
자동 충전기는 전지를 충전하면서 전지의 완전 충전 상태를 감지하여 이 상태에서 충전을 멈추는 것입니다. 따라서 자동 충전기에는 충전 상태를 감지하는 장치가 있습니다. 충전하는 동안 사이사이에 전지의 전압, 온도, 저항 등을 측량하여 완전 충전 상태를 알 수 있는 데이터를 정리하여 완전 충전이 되었을 때 충전을 멈추게 됩니다. 대부분의 자동 충전기는 정전류 충전을 하는데, 충전하는 동안 충전전류가 거의 변하지 않고 충전을 하다가 완전 충전을 감지한 후에는 마무리 충전(topping)을 한 후, 점적 충전(trickle charge)을 하여 자가 방전을 보상하기도 합니다.
충전기의 IC는 전압 하강 비율(-ΔV), 최고 전압, 최고 온도, 시간 변화에 따른 온도 변화 비율, 시간 변화에 따른 전압 변화 등을 감지하여 완전 충전으로 판단하여 충전을 멈춥니다.
13. 충전할 때 전지에서 열이 나요.; 전지를 섞어 쓰면 어떻게 되나요?
단위전지의 전위가 불균등한 전지를 충전할 때, 종종 전지에서 열이 납니다. 이것은 전지를 구성하는 단위전지들 중 일부가 완전 충전 상태인데도 충전전류가 단위전지 내부로 흘러 들어가 전해질을 전기분해하여 열이 발생하는 것입니다. 마치 직렬방전기를 사용할 때 열이 나는 것과 같은 이치입니다. 이와 같은 상황은 수동충전기에서 자주 발생하며 주된 원인은 단위전지들 사이의 전위불균등과 충전시간을 넘어선 과충전에 기인하고 있습니다. 종종 자동충전기에서도 이런 일이 생기는데 이것은 완전 충전 감지 체계에 이상이 있거나 혼란이 발생하여 일어납니다. 어쨌든 전지에서 과도한 열이 났다는 것은 전해질이 분해되는 영구적 전지 손상이라는 것을 기억해야 합니다.
전지를 섞어 쓰면 단위전지들 사이의 전위 불균등은 필연인지라, 사용 중 또는 충전 중 열이 발생하게 될 가능성이 높습니다.
14. 장기간 보관의 문제
지난 여름 캠코더를 구입하여 휴가동안에 몇 차례 촬영을 하였습니다. 이 때 전지를 네 다섯 번 정도 충전을 해서 썼습니다. 그동안 사용하지 않다가 얼마 전 아이 졸업식에 사용하려고 충전하여 촬영하였는데 얼마 안 가서 캠코더가 작동하지 않는 것이었습니다. 제대로 촬영도 못하고 화가 나서 다시 집에 와서 충전해보니 지난번 보다 나아지긴 했지만 여전히 전지 팩의 용량이 많이 줄어든 상태입니다. 어떻게 된 것인가요? 전지는 NiMH입니다. 어떻게 하면 전지를 고칠 수 있나요?
주변에서 자주 볼 수 있는 일입니다. 캠코더 제조회사가 캠코더보다 전지 팩을 팔아 돈을 더 번 것이 아닌가 싶습니다. 전지를 사용하지 않고 장시간 보관해두면 전해질이 굳어 충전 수용성이 떨어집니다. 이런 경우 다시 충전을 하면, 전지를 구성하는 단위전지들의 충전수용성이 각각 달라져 충전 역시 제대로 이루어지지 않습니다. 아주 심하게 불균등이 발생한 것이지요. 몇 차례 충방전을 하면 어느 정도 성능은 개선됩니다. 이때 약간의 과충전과 과방전이 이루어지면서 어느 정도 균등화가 됩니다. 물론 과충전이나 과방전 동안에 해당 단위전지는 손상을 입게 됩니다. 단위전지들을 손상시키지 않고 완전하게 해결하려면 전지 팩을 뜯어 모든 단위전지를 균등화시킨 후에 다시 전지 팩을 구성하면 됩니다.
<출처 : 니카몬>
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충전지 구매하면서 알게된 정보를 알려드립니다.
- 충전지 : 니켈수소 (Ni-MH), 니켈카드늄(Ni-Cd) 주로 사용
- 일반 건전지 : 알카라인
충전지는 사용할 때 다 사용하고 충전해야 오래 사용합니다. 하지만 휴대폰 전원이나 충전지도 사용하면 곤란할 때가
많습니다. 제가 구매하고 사용해 본 결과괜찮을 것 같아 소개합니다.
충전기 : 한국산 니카몬 MC2A 제품 구매가 --- 34,000 원 (단종됨)
충전지 : 산요 2100 mA (일반 알카라인 3배용량) -- 4개 10,000 원
소니제품보다 성능이 우수하답니다.(전문회사)
충전지 100 % 활용하려면..
먼저 충전지 상태를 파악하고 충전해야 합니다.
사용하지 않은 신제품이라도 유통기간 때문에 전지 특성상 전해질이
굳어 있을수 있고, 또한 같은 회사 같은 제품끼리 충전해야충전이 양호합니다.
또 충전시 잔량에 따라 충전량이 달라진답니다.
예로 1- 전지 잔량 50%
2- 전지 잔량 20%
동시에 충전하면 남은 잔량의 선 순위에 충전이 완료됩니다.
위 예시로 보면1번전지는 100 % 충전되며,2번전지는 70%만충전되기 때문에
실질적으로는 200%가 아니고 170%이기 때문에사용 시간이 단축되는겁니다.
참고로 소개하는 위 제품 충전기는전지 관리모드가 있어
처음 사용하기 전에 두 번 관리모드 하면 수명도 연장되고, 충전량도 항상새 제품처럼 사용할 수 있답니다.
본인경험상 하루종일 사용해도 gps on 상태로 있네요.
일반 건전지 두 개 1,000 구매하면 일반적으로 4시간 사용해는데...
관리충전이란?
충전용 전지를 최적 상태로 관리하는 기능으로 전지 또는 단위전지의
충전수용성을 최적화 하도록 하며 니켈카드늄, 니켈수소의 단위전지 불균등과 전해질의 결정화 문제를 해결하고 충전하여 항상 일정하게 충전되고 사용할 때 작동시간은 항상 최대로 일정하게 유지됩니다.
어떤 때에 관리충전을 해야 하나?
. 전지를 구입하여 처음 사용했을 때
(바로 충전하면 항상 전지 특성상 처음 충전상태로만 충전되기 때문에꼭관리충전해야 100% 사용합니다.)
. 전지를 장시간 보관 후 사용할 때
. 따로 사용한 전지를 모아서 같이 사용할 때
. 전지의 신뢰성이 요구될 때
. 전지의 작동시간이 많이 줄었을 때
Ni-MH, Ni-Cd전지의 올바른 사용법
동일한 단위전지를 사용하여야 합니다.
즉 전지는 다같이 사용할 단위전지들의 크기, 용량, 종류, 제조회사 특성 등
가능하면 제품군의 제조 일련번호까지 같아야 합니다.
장시간 방치하다 사용하려고 하면 전해질이 굳어져서 불균등 충전되어 수명이 단축됩니다.
과충전을 피해야 합니다.
과방전을 시키지 말아야 합니다.
위 상태를 유지하지 않으면 충전용 전지가 망가지는 이유가 됩니다.
도움이 되셨는지 모르겠네요.
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- 자동충전(cut) :
니카드나 수소 전지를 충전하면 일반 수동 건전지로는 건전지가 양이 다 찼는지..시간은 지나지 않았는지 하는 걱정을 하게됩니다.. 그러나 자동 충전이라는 기능이 있는 충전기는 대부분이 충전되는 시간이 지나면 전지의 상태에 따라 중단(cut)을 하게 됩니다
(그러나 니켈 수소만 지원 하기도 합니다.. 간단하게 램프로 확인 가능합니다)
- 메모리(기억) 효과 :
보통 충전지는 1.2v입니다..니카드를 예를 들자면 1.2v의 니카드 전지는 건전지의 전기를 쓰다 1.0v가 되면.. 전지의 용량을 다쓴 것으로 인식합니다, 물론 속에 전지속에 잔류 용량이 남아 있어도죠. 이런상태로 전지는 계속 충방전을 하며전지는 평소보다 volt가 빨리 줄어들게 됩니다 (전지가 기억하게 되는것입니다. 보통 니카드 전지가 메모리 현상을 보입니다.)방전을 하지 않는다면 계속 충방전후 사용시간이 줄어들 뿐만 아니라 전지의 양이 남아도 전지를 쓸수 없는 상태가 됩니다
이게 memory effect 라고 합니다.
- 방전 :
가장 간단하게 방전 기능을 예를 들자면.. 전지를 꼬마전구로 연결하여 전구가 꺼질때까지 쓰는 것입니다.. 다시말해 방전은 전지에 남은 잔류 전기를 모두 써 버리는 것이죠.
일반적으로 충전지는 메모리 효과라는게 있습니다.
전에 전지 설명에도 말햇던봐전지에 메모리 효과가 있어서 초기에 완전히 방전하지 않고 충전을 하게 되면 용량이 줄어드는 단점이 있어서 완전 방전후에 충전하여야 오래 사용할 수 있습니다.
그러나 단점은 있는 법. 섣부른 방전은 전지의 수명을 단축시킨다고 하더군요.
- 관리기능 :
제일 맘에 드는 기능입니다. 설명 안할 수가 없기에 그냥 넣습니다. (방전과는 조금 다릅니다.)
조금 좋은 점을 과장해서(?) 말한다면 오래되서 거의 못 쓰게 된 전지도(충전 물질만 남아 있다면) 관리기능 3~4번으로 복구가 가능합니다.
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- 관리충전 (M-charging, maintenance charging)이란?
관리충전은 충전용 전지를 최적상태로 관리하는 니카몬의 특허기술을 이용하여 충전하는 것으로, 전지(battery) 또는 단위전지(cell)의 충전수용성(chargeability)을 최적화하도록 관리하여 충전하는 것을 말합니다.
전지의 종류에 따라 관리방법은 다를 수 있습니다. 니켈-카드뮴 전지인 경우는 단위전지 전위 불균등(mismatched cells)과 전해질의 결정화(crystallization of electrolyte, 소위 메모리) 문제를 해결하고 충전하여야 전지의 작동시간이 극대화되고 수명이 길어집니다.
니카몬의 관리충전기는 이 문제를 해결하고 충전할 수 있습니다. 따라서 항상 일정하게 충전이 되고 사용할 때 작동시간은 항상 최대로 일정하게 유지됩니다.
- 어떤 때에 관리 충전을 해야 하나?
다음과 같은 경우처럼 전지나 단위전지의 충전수용성이 나빠져 관리충전을 해야 합니다.
1. 전지를 구입하여 처음 사용할 때.
2. 전지를 장시간 보관 후에 사용할 때.
3. 따로 사용한 단위전지들을 모아서 같이 사용할 때.
4. 전지 작동의 신뢰성이 요구될 때.
5. 전지의 작동시간이 많이 줄었을 때.
6. 적어도 한 달에 한 번 정도.
7. 상태가 좋지 않은 전지인 경우, 매번 충전할 때마다
전지의 상태에 따라서 관리충전을 두 세 차례 반복해야 제대로 관리되기도 합니다.
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충전용 배터리 관련 자료-2 : http://nabee.tistory.com/371
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