축전지의 종류 - 연축전지(Lead-acid Battery)의 특성

축전지의 종류 - 연축전지(Lead-acid Battery)의 특성

 

 

 

1. 축전지대상부하

1) 소방법 및 보안유지 : 유도등, 비상등, 최소조도 확보용 비상전원

2) 전력설비 원격제어전원 : 조작용 전원, 감시반전원

3) 비상제어용 조작전원 : 전화교환장치, 전기시계, 비상방송, 통신, 신호전원, 화재경보장치 전원 등

4) 비상용 무 정전전원장치

 

2. 축전지의 종류

내부구조에 따라 연축전지, 알카리 축전지로 구분되며 태양전지, 연료전지 등이 개발되고 있다.

제조방법에 따라 건식축전지와 습식축전지로 대별되며 양쪽 모두 구조상의 차이는 없으며 건식 축전지는 초충전 없이 바로 사용이 가능하다.

· 건식 축전지(dry charge battery)

완전충전상태에 있는 음극판을 산화시키지 않고 건조하여 또 좋은 품질의 격리판으로 분리한 것으로 사용할 때까지 전해액을 넣어두지 않는다. 습기를 차폐하고 밀봉하여 오랫동안 보관할 수 있다.

· 습식축전지(Wet charge Battery)

제작회사에서 출하될 때 충전한 전해액이 들어있는 것과 그렇지 않은 것 두 종류가 있고, 어느것이나 장시간 초충전이 필요하다.

· 무보수 밀폐 축전지(ES Battery)

ES축전기(Electrolyte Suspension)는 무보수형 축전지이다. 충전시 전지 내부에서 발생한 가스가 극판에 흡수되어 전해액으로 환원되므로 전해액의 감소가 거의 없어 일반 연축전지와는 달리 정제수 보충이나 점검이 필요없다.

 

3. 연축전지의 특성

묽은 황산속에 과산화연 (PBO2)과 연(Pb)을 침적하면 과산화연과 연과의 사이에 2.2~2.8V 정도의 기전력이 발생되며 공칭전압은 셀당 2V 정도이다. 개로전압은 전해액비중 및 온도에 따라 약간의 차이가 있기는 하지만 대략 비슷하다.

1) 클레드식(CS형) : 완만한 방전형

 

2) 페이스트식(HS형) : 급 방전형

· OPEN TYPE : 가스제거장치가 없는 것으로 종래의 개방형에 해당

· VENTILATE TYPE : 배기전에 필터를 설치하여 산수방출을 방지한 구조.

충전중에 발생하는 가스로 인하여 올라오는 환산무를 걸러 황산분은 축전지로 되돌려 보내고 가스만 배기공을 통하여 배기기키는 구조.

· SEALED TYPE : 산,알카리 가스가 나오지 못하게 한 구조로서 증류수의 보충이 필요치 않은 구조. (무보수 밀폐형)

환수촉매장치가 있어 축전지 충전중 내부에서 발생되는 가스를 특수 촉매에 의해 수증기로 변환시켜 촉매장치 외기내벽에 의하여 냉각시켜 물로 환원하여 다시 전지내로 되돌려 보내는 구조로 되어 있다.(HS-E형과 PS-E형이 있다)

 

3) 화학 반응식

 

4) 연축전지의 특성

4-1) 충전

음극과 양극의 황산연(Pbso4)은 충전기에 의하여 점차적으로 전기에너지를 가역 시키면 양극판은 과산화연(Pbo2), 음극판은 해면상연(Pb)으로 변하고 전해액은 극판의 활물질과 반응하여 규정비중까지 올라간다.

4-2) 방전

화학에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하는 것을 말하며 음극판의 해면상연(Pb)과 양극판의 과산화연(PbO2)은 황산연(PbSO4)으로 변하고 전해액인 묽은 황산은 극판의 활물질과 반응하여 물로 변하고 비중은 떨어진다.

4-3) 기전력

- 기전력과 비중의 관계

전해액의 비중과 기전력의 관계는 셀당 다음과 같은 식으로 계산된다.

4-4) 기전력 E(V) = 전해액 비중 + 0.85

- 기전력과 온도와의 관계

기전력은 전지온도가 상승하면 높게되고 이의 변화는 1℃에 대하여 전지당 0.2mV~0.3mV 정도이다. 그러므로 온도에 따른 기전력의 변화는 극히 작은 값으로서 온도의 범위사 크지 않다면 실용상 무시해도 좋다.

- 방전시간율

전지의 방전전류 크기를 나타내는 용어(Hour Rate : HR)이며, 고정형 연축전지는 10HR 용으로 되어 있다. 전류 I(A)로 방전하고, 방전 종지전압에 이를 때까지의 시간이 t(H)라 하면 이 방전을 t 시간율 방전이라 하고, I(A)를 t 시간울 방전전류라 한다. 방전전류의 크기를 나타낼 때 공징용량의 값(C) 계수를 곱하여 표시하는 경우도 있다. 예를 들면 용량 100AH의 전지를 50(A)로 방전하였다면 이 전류의 크기를 0.5C(A)로 표시한다.

- 방전종지전압

어느정도 방전하면 그 후의 전압강하는 매우 급격하며 축전지에 악영향을 미친다. 따라서 일정한 量 이상 방전하지 않기 위하여 어느정도를 정할 필요가 있는데 이 점을 방전종지전압이라하며, 방전종지전압을 낮게 할수록 방전용량은 증가하나 용량시험에는 방전시간율에 따라 다음과 같이 정해져 있다.

10HR ------ 1.80V/Cell

5 HR ------- 1.75V/Cell

3 HR -------- 1.70V/Cell

1 HR -------- 1.60V/Cell

4-5) 방전율과 용량과의 관계

축전지의 용량은 방전율에 따라 크게 다르고 큰 전류로 방전할수록 용량은 감소한다. 이것은 방전중의 전해액 확산이 늦어짐에 따라 극판으로 공급되는 황산분의 공급이 늦어지기 때문이다. 10시간율 용량이 400AH인 축전지의 각 방전률 전류치를 구해보면 아래의 그림과 같이 된다.

4-6) 전해액

※ 전해액의 비중은 온도에 따라 변화하므로 비중과 액온을 병기할 필요가 있다. 임의온도 t(℃)에서 비중을 표준온도 25℃로 환산하는 식은 아래와 같다.

- 연축전지 : S25 = St +0.0007(t-25)

- 알칼리축전지 : S25 = St + 0.0005(t-25)

단, S25 : 표준온도 25℃로 환산한 비중, St : t℃에서의 실측온도, t : 묽은 황산의 온도(℃)

※ 연축전지의 방전량에 따라 비중이 변화하므로 비중 측정으로 방전 상태를 확인할 수 있으며 아래 식으로 구할 수 있다.

※ 다음과 같은 경우에는 축전지 비중을 측정하지 말아야 한다.

- 보수 직후

- 균등충전 직후

- 전해액면이 적정하지 않을 때

※ 연축전지 완전 충전시 비중은 25℃ 기준으로 PS형 1.215±0.01 이고, HS형은 1.240±0.01 이 유지되어야 하며, 비중이 낮고 전압차가 클 때에는 균등충전을 실시한다.

4-7) 충,방전시의 전압변화

충전시의 전압변화는 일반적으로 충전이 진행됨에 따라 점차 전압이 상승하다가 어떤 최고치에 달하면 그 이상 충전하여도 거의 변화가 없으므로 충전을 중단한다. 그러나 방전중의 단자전압은 방전이 진행됨에 따라 서서히 하강하다가 어느 한도에 이르면 급격히 하강한다.

4-8) 효율