(전기기사 실기문제) 부동충전 방식의 2차 충전전류값 구하는 방법

 

2024년 1회 전기기사 실기문제

문제 : 연축전지의 정격용량 200Ah, 상시부하 10kW, 표준전압 100v인 부동충전 방식의 2차 충전전류값은 얼마인지 계산하시오.

 

문제 조건 확인

• 연축전지의 정격용량 (CCC): 200Ah
• 상시부하 (P부하​): 10kW
• 표준전압 (V): 100V
• 보충충전 전류 (I 보충충전​): 문제에서 보충충전 전류를 별도로 제공하지 않은 경우 0.1C를 사용할 수도 있음.

 

공식 적용

부하 전류 계산 (I 부하​)

 

보충충전 전류 (I 보충충전)
문제에서 보충충전 전류를 0.1C로 가정하면

 

2차 충전전류 계산 (I 2차​)

 

 

2차 충전전류는 120A입니다.

 

 

 

 

 

왜 보충충전 전류는 0.1C로 설정되었는가?

보충충전 전류는 일반적으로 배터리 용량의 1~3%로 설정되지만, 부동충전 방식에서 상황에 따라 더 높은 비율인 0.1C를 사용하는 경우도 있습니다. 이는 다음과 같은 이유일 수 있습니다:

1. 문제에서 보충충전 전류에 대한 특별 조건 존재
   • 실기 문제에서는 0.1C와 같은 추가 조건을 간접적으로 제시할 수 있습니다.
   • 보충충전 전류가 높은 경우, 충전 효율을 고려해 설정될 수 있습니다.
2. 시험 문제의 의도
   • 실제 시험에서는 표준적인 공식이 아닌, 특정 상황에 맞춘 값을 가정해야 하는 경우가 많습니다.

 

연축전지와 부동충전 방식: 이론과 계산의 이해

1. 연축전지란?

연축전지(납축전지)는 납과 황산을 사용하여 전력을 저장하는 전지로, 안정적인 전원 공급이 중요한 시스템에서 널리 사용됩니다. 대표적으로 UPS(무정전 전원 공급 장치), 발전소, 전기차, 통신 장비 등에 사용됩니다.
연축전지는 저렴한 가격, 안정된 성능, 높은 신뢰성 덕분에 전기 시스템에서 가장 흔히 사용되는 에너지 저장 장치 중 하나입니다.

• 특징
  • 낮은 내부저항으로 높은 순간 전류를 공급 가능.
  • 에너지 밀도가 낮지만 수명이 길고 안전성이 높음.
  • 주기적인 점검과 관리가 필요.

 

2. 부동충전(Floating Charge) 방식

부동충전은 전지를 항상 완전 충전 상태로 유지하기 위한 충전 방식입니다. 부하가 연결된 상태에서도 배터리가 방전되지 않도록 충전 전압을 일정하게 유지합니다. 이는 주로 상시 전원이 필요한 시스템에 적용됩니다.

• 원리
  부동충전 방식에서는 충전기가 부하 전류와 배터리의 자가방전 전류를 동시에 공급합니다.
  • 부하 전류: 부하 장치에서 소비되는 전력에 해당하는 전류.
  • 보충충전 전류: 배터리의 자가방전 손실을 보충하는 데 필요한 전류.
• 특징
  • 일정 전압을 유지하며 충전.
  • 과충전을 방지하여 배터리 수명을 연장.
  • 항상 부하와 배터리가 동시에 연결되어 있음.

 

3. 2차 충전전류와 관련된 계산 이론

부동충전 방식에서 2차 충전전류는 다음의 두 가지 전류로 구성됩니다

 

1. 부하 전류 (I부하​)
부하에서 소비되는 전력을 배터리의 표준전압으로 나누어 계산합니다.​

이때, P부하​는 부하의 전력(단위: 와트, W), V는 배터리의 표준전압(단위: 볼트, V)입니다.

 

 

2. 보충충전 전류 (I보충충전​)
배터리의 자가방전 손실을 보충하기 위해 공급하는 전류입니다.
보충충전 전류는 배터리 정격용량의 일정 비율(일반적으로 1~3%)로 설정되며, 상황에 따라 10%를 적용하기도 합니다.

여기서,

• k: 보충충전 전류 비율 (문제에서는 10% 적용)
• C: 배터리 정격용량 (단위: Ah)

 

3. 2차 충전전류 (I 2차​)

 

 

4. 배터리 충전 관련 이론

1. 충전 효율
   배터리 충전 시 일부 에너지는 열, 가스 등으로 손실됩니다. 연축전지의 충전 효율은 보통 80~90%로 설정되며, 부동충전 방식은 효율이 높은 편입니다.
2. 보충충전의 중요성
   연축전지는 시간이 지남에 따라 자가방전으로 인해 충전 상태가 저하됩니다. 이를 방지하기 위해 보충충전 전류를 지속적으로 공급하여 배터리 수명을 유지합니다.
3. 과충전과 과방전 방지
   • 과충전: 배터리 내부에서 수소와 산소 가스가 발생해 전지 손상을 초래.
   • 과방전: 배터리 용량이 완전히 소모되면 전극 손상이 발생.
     부동충전 방식은 이러한 문제를 최소화합니다.

 

5. 실무 적용과 시험 대비 팁

1. 계산 과정의 명확한 이해
   문제에서 주어진 데이터를 꼼꼼히 분석하고, 공식에 정확히 대입하는 연습이 필요합니다. 특히 부하 전류와 보충충전 전류를 혼동하지 않도록 주의하세요.
2. 문제 조건 확인
   실전 문제에서는 보충충전 전류 비율(1%, 2%, 10%)이 명시되지 않을 수 있으니, 일반적인 값을 가정하되 문제 의도를 고려하세요.
3. 이론의 이해
   부동충전의 원리와 2차 충전전류 계산의 의미를 이해하면, 다양한 문제에서 응용 가능합니다.