전원으로서의 배터리

충전식 배터리에는 다양한 종류가 있습니다. 가장 일반적인 유형은 납 축전지입니다. 비교적 친숙하지 않은 것은 니켈 카드뮴(NiCad) 배터리로, 여전히 오래된 비상 전원 시스템에서 흔히 볼 수 있습니다. NiCad 배터리에 필요한 높은 충전 전압과 환경 친화적이지 않기 때문에 이러한 배터리는 선박이나 자동차/트럭에 탑재하기에 적합하지 않습니다.

납축전지의 원리

배터리는 화학 에너지의 형태로 전력을 저장하는 장치입니다. 필요한 경우 이 에너지는 조명 및 스타터 모터와 같은 DC 소비 장치를 위한 전력으로 다시 방출됩니다. 배터리는 각각 2V의 전압을 가진 여러 개의 갈바닉 셀로 구성됩니다. 12V 배터리의 경우 6개의 셀이 직렬로 연결되어 단일 케이스에 장착됩니다. 24V를 달성하기 위해 12V 배터리 두 개를 직렬로 연결합니다. 각 셀에는 양극 산화 리드 플레이트와 음극 납 금속 플레이트가 있으며, 물과 황산으로 구성된 전해질이 있습니다. 방전 중에 리드 플레이트에 있는 납 산화물이 납으로 변환됩니다. 이 과정에 황산이 필요하기 때문에 산 함량이 감소합니다.

배터리를 충전하려면 셀당 약 2.4V의 전압을 가진 외부 전원(예: 배터리 충전기, 교류 발전기 또는 태양 전지판)을 연결해야 합니다. 황산연은 다시 납과 산화납으로 변환되고 황산 함량은 증가합니다. 과량의 수소 방출을 방지하기 위해 충전 전압에 제한이 설정되어 있습니다. 예를 들어, 셀당 2.4V 이상의 충전 전압은 많은 수소 가스를 방출하며, 이것은 공기 중의 산소와 매우 폭발적인 혼합물을 형성할 수 있습니다.

12 V 배터리의 충전 전압 상한은 14.4 V이고, 20 °C에서 24 V 배터리의 해당 값은 28.8 V입니다. 배터리 용량과 물/황산 혼합물의 비중 사이의 관계는 다음과 같습니다:

         

셀당 플레이트의 두께와 수에 있어 배터리의 종류는 다양한 용도에 해당합니다. 전달할 수 있는 최대 전류는 총 플레이트 표면에 의해 결정됩니다. 배터리를 방전 및 재충전할 수 있는 횟수(사이클 횟수)는 플레이트의 두께에 따라 달라집니다. 배터리는 여러 개의 얇은 플레이트 또는 몇 개의 두꺼운 플레이트로 구성될 수 있습니다.

스타터 배터리

스타터 배터리는 셀당 얇은 플레이트가 많아 전체 플레이트 표면이 큽니다. 따라서 이러한 유형의 배터리는 짧은 시간 동안 높은 수준의 전류를 공급하는 데 적합합니다. 스타터 배터리를 대량으로 방전될 수 있는 수명 사이클수는 약 50-80회로 제한됩니다. 그러나 엔진 시동 시 저장된 에너지의 일부(약 0.01%)만 사용하므로 배터리는 수년간 지속됩니다. 이러한 유형의 배터리는 일반적으로 주기적으로 사용하기에 적합하지 않습니다.

리튬 이온 배터리

최근까지 리튬 이온 배터리는 주로 작은 용량의 충전식 배터리로 사용할 수 있어 휴대전화나 노트북 등에 많이 사용되었습니다. Mastervolt는 대용량 리튬 이온 배터리를 제공합니다. 당사의 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 가지며 주기적인 용도에 적합합니다. 리튬 이온 배터리는 기존 납축 배터리에 비해 부피와 무게가 최대 70%까지 절감되는 반면 충전 사이클 수는 반 견인 납축 배터리보다 3배나 많습니다. 추가적인 이점은 리튬 이온 배터리가 연결된 부하에 관계없이 일정한 용량을 제공할 수 있다는 것입니다. 방전 전류가 높을 경우 납축 배터리의 가용 용량이 감소합니다. 리튬 이온 배터리는 수명에 영향을 미치지 않고 80%까지 방전될 수 있는 반면 납산 배터리는 깊은 방전의 영향을 더 많이 받습니다.

더 오래 지속됩니다

기존의 개방형 또는 납산 배터리에 비해 리튬 이온 배터리는 훨씬 큰 출력 밀도와 긴 수명과 같은 훨씬 더 많은 이점을 제공합니다. 그리고 리튬이 가장 가벼운 금속이기 때문에 리튬 이온 배터리도 더 가볍습니다. 또한 언제든지 충전할 수 있는 반면, 니켈 카드뮴 배터리는 최적의 성능과 메모리 효과를 방지하기 위해 완전한 방전이 필요합니다. 또한, 리튬 이온 배터리는 용량의 100%까지 매우 높은 전류로 충전할 수 있어 충전 시간이 매우 짧고 메모리 효과가 없습니다.

배터리 관리 시스템

마스터볼트 리튬 이온 배터리에는 배터리 관리 시스템이 장착되어 있습니다. 시스템은 모든 개별 셀을 완벽하게 균형을 유지하여 더 높은 용량과 더 긴 수명을 제공합니다.

세미 트랙션 배터리

세미-트랙션 배터리는 각 셀에 더 적지만 두꺼운 플레이트가 있습니다. 이러한 배터리는 비교적 낮은 스타터 전류를 공급하지만 더 자주 더 많이 방전될 수 있습니다(전체 사이클 200 ~ 600). 이러한 종류의 배터리는 스타터 배터리와 서비스 배터리의 결합 기능에 매우 적합합니다.

전해액 보충형 습식 트랙션 배터리

(Mastervolt의 포트폴리오에는 이러한 유형의 배터리가 없습니다.)

이러한 유형의 배터리는 훨씬 적지만 매우 두껍고 평평하거나 원통형의 플레이트가 있습니다. 따라서 여러 번 완전히 방전될 수 있습니다(1000-1500 전체 사이클). 이것이 바로 전해액 보충형 습식 트랙션 배터리가 지게차와 산업용 청소기와 같은 소형 전기 장비에 자주 사용되는 이유입니다. 그러나 전해액 보충형 습식 트랙션 배터리는 특별한 충전 방법이 필요합니다. 이러한 배터리는 대부분 키가 크기 때문에 배터리 용기 하단에 황산이 쌓이는 것에 민감합니다. 이 현상은 성층화라고 불리며 황산이 물보다 밀도가 높기 때문에 발생합니다. 전지 하부에서 산 함량이 증가하여 국부적으로 플레이트 부식이 심화되고 상부에서는 감소하여 용량이 감소하는 문제점이 있습니다.

배터리가 불균일하게 방전되어 수명이 현저히 감소합니다. 산이 다시 고르게 퍼지기 위해서는 과도한 전압을 사용하여 의도적으로 배터리를 과부하시켜야 합니다. 이것은 공기 중의 산소와 위험한 혼합물을 형성하는 많은 양의 수소 가스를 생성합니다. 이러한 배터리를 충전하는 데 필요한 전압은 셀당 약 2.7V, 즉 12V 시스템의 경우 16.2V, 24V 시스템의 경우 32.4V입니다. 이러한 높은 수준의 전압은 연결된 장비에 매우 위험하며 발생하는 가스의 양이 많기 때문에 이러한 배터리는 추진용을 제외하고는 선박 및 차량에서 사용하기에 적합하지 않습니다.

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