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자동차의 배터리는 어떤 구조로 되어 있을까요?
일반적으로 자동차용 배터리는 2V 짜리 극판군이 6개가 직열로 조합되어 있는 형태인데요. 따라서 총 전압은 12V가 되는 것이죠. 완전히 충전된 극판군(CELL)의 개로 전압(OPEN CIRCUIT VOLTAGE)은 전해액 비중이 1.280일때 약 2.1V가 되며, 용량의 크기에는 무관합니다. 그러나 방전 중의 전압차는 방전 직전의 충전상태, 방전 전류의 크기 전해액 비중 및 온도에 따라 약간의 차이가 존재하죠.
그리고 저온에서는 극판 및 격리판 내부에 전해액 확산 속도가 느리기 때문에 내부 전압이 증가하여 전압이 낮아집니다. 따라서 정상적인 조건에 상온 25도씨 이상이 될 경우 배터리의 기본전압은 12-12.6V 사이가 되어야 정상이라고 볼 수 있습니다.
▶ 자동차 배터리에서 전압과 온도와의 관계
전압은 전지 온도가 상승하면 높게 되고, 이의 변화는 1℃에 대하여 단전지당 0.2~ 0.3 mV 정도입니다. 그러므로 온도에 따른 기전력의 변화는 극히 작은 값으로 온도의 범위가 크지 않다면 무시해도 괜찮죠. 충전 또는 방전후 1시간 이상 방치후의 안정된 개로 전압 (OPEN CIRCUIT VOLTAGE)이 해당 전지의 전압이 되는 것입니다.
▶ 배터리의 방전종지 전압 (Final Voltage, Test End Voltage)
일반적으로 배터리는 어느 정도 방전되면 그 후의 전압 강하는 매우 급격하게 떨어집니다. 또한 어느 한도까지 방전되게 되면 과방전으로 자동차 배터리에 악영향을 미치게 되죠. 따라서 일정선 이상까지 방전되지 않게 하기 위하여 어느 정도의 한계를 정할 필요가 있는데 이 지점을 "방전 종지 전압"이라 부릅니다. 자동차용 배터리의 방전 종지 전압은 단전지당 1.75V(10.5V)로 되어 있지만, 통상적으로 극판의 형태에 따라 변하죠. 일반적으로 방전종지 전압은 제품 사용 특성 및 용도에 따라 기준치가 서로 다를 수 있습니다.
위의 식에서 이산화납과 황산 그리고 납이 방전상태에 있게 되면, 황산납으로 바뀌게 되는데 이러한 과정을 지속적으로 거치면 황산이온이 소모되면서 배터리용량이 감소되는 것입니다. 그래서 전해질인 황산용액의 비중을 측정하여 현재 전지의 상태를 파악할 수 있게 됩니다.
▶ 배터리의 성능
배터리는 20AH, 5AH, RC, CCA 라는 표준 규격을 갖게 되는데요. 이 규격들은 배터리의 성능을 실질적으로 나타낸 것으로, 제품의 테스트를 통해 얻어내는 수치입니다. 한가지 예로, 1시간동안 20A의 전류가 지속적으로 흐르면 용량이 모두 소진되는 배터리는 20AH로 표기될 수 있습니다.
▶ 축전지 비중의 온도환산
납축전지 S20 = St + 0.0007 (t - 20)
S20 : 20 (°C) 값으로 환산한 비중
St : t (°C)에서 측정한 비중
t : 비중 측정시의 전해액 온도
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