축전지 충전방식

왜 배우는가: 축전지 충전방식은 비상용 예비전원이 정전 때 실제로 작동하는지를 결정한다. 초기충전과 사용 중 충전을 구분해 알아야 설비 준공 시 점검과 운전 중 유지관리를 답안에 연결해 쓸 수 있다. 정류기 용량 산정과 함께 반복해서 출제되는 개념이다.

출제 이력: 제137회 1교시 3번, 제135회 1교시 5번, 제127회 1교시 9번, 제116회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 축전지 충전방식은 초기충전과 사용 중 충전(부동·균등·보충전)으로 나눠 축전지에 화학에너지를 저장하는 방법이다.

축전지는 전기에너지를 화학에너지로 바꿔 저장하고, 필요할 때 다시 전기에너지로 꺼내 쓰는 장치다. 충전방식은 이 저장 과정을 어떤 전류와 전압으로, 어떤 순서로 수행하는지를 정한 것이다. 같은 축전지라도 처음 만들 때 하는 충전과 설치 후 운전하면서 하는 충전은 목적이 다르므로 방식도 다르게 정한다.

핵심 키워드

• 초기충전
• 사용 중 충전
• 부동충전
• 균등충전
• 보충전
• 정전류 충전
• 정전압 충전
• 자기방전

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 축전지를 처음 한 번 채우는 일과 쓰는 동안 줄어든 양을 다시 채우는 일은 목적이 다르다. 전자는 축전지를 쓸 수 있는 상태로 만드는 일이고, 후자는 그 상태를 계속 유지하는 일이다.

정식 정의는 다음과 같다. 초기충전은 축전지를 제작한 뒤 또는 전해액을 주입한 뒤 처음으로 행하는 충전이다. 사용 중 충전은 설치된 축전지가 부하와 함께 운전되는 동안 자기방전과 방전량을 보충하도록 행하는 충전이다.

초기충전은 극판의 활물질을 충전 상태로 바꾸는 충전이다. 보통 정전류로 시작해 가스 발생 전압에 이르면 전류를 줄여 마무리한다. 가스 발생 전압은 셀당 약 2.4 V/Cell 이다. 이 시점은 충전율이 대략 75~80%에 해당하며, 이후에는 전류를 더 낮춰 충전을 끝낸다. 이 과정에서 충전 시간은 보통 10시간 안팎으로 잡는다.

부동충전(Floating Charge)은 충전기와 부하를 축전지에 병렬로 접속해, 축전지에 정전압을 계속 걸어 두는 방식이다. 축전지는 완충 상태를 유지하고, 정전이나 부하 변동이 생기면 곧바로 부하에 전력을 공급한다. 부동충전 전압은 전해액 비중에 따라 달라진다. 비중별 값은 제조사가 정한 셀당 전압을 따른다.

부동충전은 정전압을 계속 걸어 축전지를 완충 상태로 유지하며, 정전 때 즉시 부하에 전력을 공급하는 방식이다.

균등충전(Equalizing Charge)은 셀마다 생긴 전압과 비중의 편차를 줄이기 위해 일정 시간 전압을 높여 충전하는 방식이다. 전해액이 층을 이루며 아래쪽 비중이 높아지면, 아래쪽 극판에 황산납이 쌓여 용량과 수명이 줄어든다. 균등충전은 이 층상화를 풀어 주는 역할을 한다.

보충전은 자기방전으로 줄어든 양을 주기적으로 채우는 충전이다. 부동충전을 하고 있어도 전압이 떨어지면 보충전을 한다. 부동충전은 자기방전을 상쇄하는 낮은 전류의 상시 충전이고, 보충전은 그 전압이 떨어진 뒤에 적극적으로 채우는 충전이라고 구분한다.

정전류 충전은 충전 전류를 일정하게 두고 전압이 올라가는 방식이다. 정전압 충전은 전압을 일정하게 두고 전류가 점차 줄어드는 방식이다. 두 방식은 대개 순서대로 이어 쓰며, 앞 단계에서 전류로 충전 상태를 올린 뒤 뒤 단계에서 전압으로 마무리한다.

3. 등장 배경과 필요성

비상용 예비전원 축전지는 평소에는 사용하지 않다가 정전이 되면 즉시 부하에 전력을 공급해야 한다. 그러므로 축전지는 언제든 쓸 수 있는 상태를 항상 유지해야 한다. 고정형 축전지가 비상용 전원으로 주로 쓰이는 것도 이 때문이다. 충전방식을 정하는 이유가 여기에 있다.