스마트폰과 보조 배터리, 그리고 전기차까지. 충전 용량은 이제는 우리 일상 생활에 너무 익숙한 개념이 되어버렸습니다. 지난 시간에 갤럭시 기종별 고속충전 지원 표를 정리했었는데요. 오늘은 배터리 용량 표시 단위에 대해 좀 더 자세하게 알아보는 시간을 갖겠습니다.
일반적으로 보조 배터리 등의 용량을 표시할 때 단위는 mAh 를 많이 사용합니다. 그런데 배터리 용량 표시하는 단위에는 Wh라는 것도 있는데요. 이 두 가지에는 어떤 차이점이 있는 걸까요?
mAh와 Wh의 차이
가장 핵심적인 차이를 먼저 말씀드리면,
- Wh (와트 아워) : 전력량, 일을 할 수 있는 에너지의 양
- Ah (암페어 아워) : 방전용량, 일정 시간 전류가 흐르는 양
댐을 기준으로 예를 들어볼게요. 댐의 수문을 열어서 방류를 할 때 일정 시간마다 얼마 만큼의 물을 내보낸다 라고 하면 Ah에 해당됩니다.
반면 댐 안에 쌓아놓은 물의 양이 이걸 사용하면 발전기를 돌려서 얼마 만큼의 생산을 할 수 있다 라고 표현하면 Wh가 되겠습니다. 얼추 이해가 되시나요?
배터리 용량 표기 Wh
배터리 용량에서 중요한 것은 얼마만큼의 일을 할 수 있는가, 즉 에너지의 양일 것입니다. 전기적 에너지를 통해 일을 할 수 있는 에너지는 전력량이라고 하죠. 전력량을 나타내는 단위 Wh는 다음과 같은 의미를 가집니다.
- 전력량 = 일 (J) = 전력 (W) X 시간 (h) = Wh
- 1J = Ws
- 3600J = 1 Wh
1Wh (와트 아워)는 1W의 전력량, 일의 속도로 10시간 동안 할 수 있는 양이라는 뜻입니다.
관리비 고지서에 전기 요금을 보시면 kWh당 얼마 식으로 표시되어 있을 겁니다. 저희집 고지서를 보니 사용량 136kWh 전기요금 15000원 가량이 청구되어 있네요.
이렇게 실제로 사용한 양, 전기 에너지에 대한 표시는 Wh (와트아워) 단위를 사용하는 것이 보다 더 적합합니다.
그런데 보조배터리나 스마트폰 배터리 용량 표시를 보면 mAh (미리 암페어 아워) 단위가 많이 사용되고 있습니다. 이걸 사용할 때의 문제가 무엇인지 보겠습니다.
배터리 용량 표기 mAh
A는 1초 동안 1C 전하량의 전자가 이동하는 만큼의 전류입니다. 즉 변화량을 의미합니다. 1Ah는 1A의 전류가 흐를 때 한시간 동안 이동하는 전하의 양을 의미합니다.
위에서 댐으로 예를 들었는데요. 문을 이만큼 열었을 때 물이 얼만큼 흐르고 이 속도로 한시간 동안 흐르는 양을 나타내는 것과도 같죠.
문제는 이렇게 물이 흐르는 양과 실제로 일할 수 있는 에너지는 다소 다르다는 점입니다. 실제 배터리 셀로 예시를 들어 보겠습니다.
정격 전압 3.7V에 용량 1000mAh인 배터리 1셀이 있다고 하겠습니다. 전압이 계속 3.7V로만 사용된다면 크게 상관은 없어요.
하지만 만약에 이 배터리 두 개를 직렬로 연결한다면? 7.4V / 1000mAh 가 됩니다. 배터리가 두 개가 직렬로 붙었으니 전압은 높아졌는데, 전류가 흐르는 통로가 넓어진 것은 아니니 mAh로 나타내면 차이가 없습니다.
하지만 배터리가 두 배가 되었으니 실제로 용량은 늘었지요. 전압(V)과 전류(I)의 곱으로 나타내는 전력(P)으로 표시하면 두 배로 늘어납니다. 이 경우 전력의 단위인 W로 표현하는 것이 더 적합합니다.
배터리 셀 직렬 병렬 결합 예시
마찬가지로 위 배터리 셀을 8개를 결합하는 경우를 살펴보겠습니다.
직렬로 4개 연결하고 병렬로 두 줄을 만드는 경우 : 14.8V , 2000mAh
직렬로 2개 연결하고 병렬로 네 줄을 만드는 경우 : 7.4V , 4000mAh
이렇게 되는데 두 경우 모두 전력량으로 나타내면
14.8V * 2Ah = 29.6Wh
7.4V * 4Ah = 29.6Wh
동일한 결과가 나옵니다. 직렬 4개의 높은 전압으로 두 줄로 흘리는 것과, 직렬 2개의 낮은 전압으로 네 줄로 흘리는 것과 어차피 V * I 값은 똑같으니 일을 할 수 있는 전력량은 동일한 것이죠.
전기차와 같은 경우 배터리 셀을 많이 연결해서 만들기 때문에 꼭 이렇게 Wh로 표기해야만 혼동을 피할 수 있습니다. 또한 최근에는 비행기 기내반입 금지 같은 조건에도 mAh 외에 Wh를 표기하기 시작했습니다.
여기까지 이해하셨다면 시중의 배터리 표시에서 mAh와 Wh 간에 쉽게 변환도 하실 수 있을 것입니다. 방금 해본것과 같이 mAh 표기에다가 1000을 나눠서 Ah로 만들어 주고, 정격 전압 V를 곱해주면 Wh가 됩니다.
- Ah = mAh/1000
- Wh = Ah * V = mAh/1000 * V
10000mAh 용량인 보조 배터리가 정격전압 3.8V라면 총 충전용량은 얼마로 나타낼 수 있을까요? 38Wh가 되겠습니다.
이렇게 배터리 용량 표시단위인 mAh와 Wh의 개념에 대해 알아보고 어떤 차이점을 가지고 있는지, 그리고 상호 변환하는 공식을 살펴보았습니다. 관심이 있으신 분들께서는 리튬이온 배터리의 원리와 고속충전 부작용에 대해서도 한 번 읽어보시기 바랍니다.
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