일상생활에 활용되는 과학 원리, 내부 저항값 측정으로 확인하는 배터리의 상태

모든 전도체는 저항값을 갖는다. 배터리 역시 전도체에 해당하기 때문에, 저항값을 갖기 마련이고 우리는 이를 ‘내부 저항’이라 부른다. 배터리가 노후화됨에 따라 내부 저항값이 상승하여, 배터리는 몇몇 증상들을 띠기 시작한다. 먼저, 내압이 증가하여 누액이 발생하고, 배터리가 방전되기까지의 시간이 짧아지며, 저장 용량이 감소한다. 환언하자면, 배터리의 수명이 닳음으로써 성능이 현저히 감소하고, 심각한 경우에는 전지 폭발까지 일으킬 수 있다는 뜻이다. 

배터리의 수명을 가장 직접적으로 확인할 수 있는 방법은, 배터리를 완충한 다음 방전이 될 때까지 기다리고, 이를 계속 반복함으로써 충/방전 진행 경과에 따른 발열과 누액 정도를 관측하는 것인데, 이와 같은 방법은 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 경우에 따라 상태가 좋지 못한 배터리는 충전 중 발열로 인한 폭발 및 화재를 일으킬 수 있기 때문에 결코 권장되는 방법이 아니다. 따라서, 내부 저항값 측정으로 배터리의 상태를 어렴풋이 확인할 수 있다. 

내부 저항을 측정하는 방법은 다양하다. 내부 저항을 직접으로 측정할 수 있게 해주는 내부 저항 측정기가 있다면 매우 간단하지만, 그렇지 않다면 직접 전기 회로를 설계하여 전류계와 전압계로 전류와 전압을 측정한 다음, 관련된 공식에 숫자를 대입하여 내부 저항을 산출하는 방식을 사용해야 한다. 

[이미지 촬영=대한민국청소년기자단 16기 신찬우기자]

이렇게 된다면 실험 중에 발생할 수 있는 인적 과오로 인하여 정확한 값으로는 구하지 못하고, 근사치로 구해야 할 것이다. 그러나, 실험 과정에서 생길 수 있는 오차를 최소화하기 위한 방법들을 구현한다면, 문제는 어느 정도 해결된다.

앞서 말했듯이, 배터리 내부저항값은 시간이 경과함에 따라 배터리 노후화로 인하여 상승한다. 배터리의 상태가 정상인지에 대한 판별은 내부 저항 기준치에 의거하여 할 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리가 실온에서 기능할 때에는, 정상 배터리라면 통상적으로 내부저항값이 2Ω 안팎으로 책정된다. 만약 측정된 내부저항값이 이보다 높다면, 배터리의 수명이 많이 닳았기 때문에 교체가 권장된다는 사실을 도출할 수 있다. 반대로, 측정된 값이 이보다 낮다면, 아직 사용 가능한 배터리라는 점을 알려준다. 

일상생활 속, 배터리 잔류 수명을 가늠하기 힘들 때, 또는 번거로울 때, 내부 저항을 사용한 배터리 상태 확인은 굉장히 유용하다. 배터리 교체가 적절하게 이루어지지 않으면 배터리 폭발의 위험성이 있기 때문이다. 우리는 모두 이 사실을 참고하고, 위험 상황을 미연에 방지하고자 배터리를 적기에 교체하도록 하자.

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=16기 신찬우 기자]