축전지

축전지의 정의

축전지는 화학에너지를 전기에너지로 바꾸어 저장하고, 외부 직류전원으로 다시 충전해 쓰는 2차전지다.

정전이 되면 소방, 통신, 제어, 비상조명 같은 필수 부하에 직류 전원을 공급한다.

1차전지는 재충전이 불가능하거나 권장되지 않으며, 축전지는 2차전지에 속한다.

연축전지의 구성과 반응

연축전지는 양극 과산화납, 음극 납, 전해액 묽은 황산으로 구성된다.

방전할 때 음극 납은 황산과 반응해 황산납이 되고 전자를 내놓는다.

전자는 외부 회로를 따라 부하에 전력을 공급하고, 전해액의 황산은 소모된다.

충전하면 이 반응이 역방향으로 진행되어 극판 물질이 복원된다.

알칼리 축전지와 비교

축전지는 전해액과 극판 재료에 따라 연축전지와 알칼리 축전지로 나뉜다.

연축전지는 셀 전압이 높아 직렬 개수가 적고, 알칼리 축전지는 셀 전압이 약 1.2V로 낮다.

알칼리 축전지는 저온 특성과 수명이 우수하고 에너지 밀도도 상대적으로 높다.

두 유형은 셀 수와 설치 면적이 달라 용량 산정 결과를 따로 확인해야 한다.

정답은 셀당 1.75V다. 이 값 아래로 방전하면 황산납이 극판 구멍을 막는다.

용량 산정 계산 예제

용량 산정은 기본 Ah에 방전율, 온도, 잔존용량 보정과 여유계수를 적용해 구한다.

예로 제어전원 부하 20A가 3시간 지속되는 경우를 본다.

기본 요구량은 20 × 3 = 60Ah다. 보정 분모는 0.9 × 0.9 × 0.8 = 0.648이다.

여기에 여유계수 1.1을 곱하면 약 101.9Ah가 나온다.

따라서 약 102Ah 이상의 정격용량을 선정한다. 실제 선정은 제조사 방전표로 확인한다.

폭발 원인과 점검

폭발은 과충전으로 생긴 수소가 환기 불량으로 쌓이고 점화원과 만날 때 일어난다.

점검 시에는 충전 전압을 측정하고 단자 접속 상태도 확인해야 한다.

점검 항목은 전해액 비중, 단자 전압, 접속부 발열, 환기 상태, 용량시험 주기다.

폭발 원인을 충전 전압 이상 한 가지로만 쓰면 감점된다.

핵심 정리

정리하자. 연축전지는 셀당 약 2V이고, 방전 종지전압은 셀당 1.75V다.

알칼리 축전지는 니켈-카드뮴 계열로 셀당 약 1.2V다.

용량은 Ah 합계에서 시작해 보정과 여유율을 거쳐 방전표로 검증한다.

폭발과 점검은 환기와 충전 전압 관리가 핵심이다.