보조배터리 사용시간 계산 - bojobaeteoli sayongsigan gyesan

다양한 가격에 판매되고 있는 이 휴대용 보조배터리를 구입할 때 잘 알아봐야 합니다. 가격만 보고 덜컥 구입했다 낭패를 당할 수 있기 때문입니다. 그렇다면 어떤 부분들을 살펴봐야 하는지 알려드릴게요.

그 전에 휴대폰 충전에 대한 정보는 아래 링크에서 확인할 수 있으니 이것도 참고하시면 많은 도움이 될 것 같습니다.

핸드폰 충전이 안 돼요. 해결 방법은?

보조배터리를 구입할 때 유심히 봐야할 부분은 용량입니다. 보조배터리도 충전방식의 배터리이기 때문에 저장할 수 있는 전력량에는 한계가 있습니다. 당연히 저장할 수 있는 전력량이 많으면 그만큼 많은 횟수의 충전을 할 수 있답니다. 그래서 오늘은 휴대용 보조배터리 용량 계산 방법을 알려드리려고 합니다.

최근 이슈가 되고 있는 중국 스마트폰 제조사 '샤오미'의 보조배터리를 예로 들어보겠습니다.

'Mi Power Bank'라 불리는 이 제품은 10,400mAh 용량을 갖고 있습니다. 가격도 저렴해서 국내에서 정식으로 판매하고 있지 않음에도 불구하고 해외 구매를 통해 많은 사람들이 사고 있습니다. 정품과 가품 여부를 떠나 저장 용량 대비 가격 때문에 사랑 받고 있는 제품입니다.

(사진 출처 : 샤오미 홈페이지)

(사진 출처 : 샤오미 홈페이지)

바로 이 제품입니다. 인쇄가 원래 흐릿해서 잘 안 보일 수 있겠지만, 두 번째 사진을 보면 10,400mAh라고 표기되어 있고 오른쪽에는 출력 DC 5.1V / 2.1A에 정격용량은 3.6V / 10,400mAh (37.44Wh)라는 것도 볼 수 있습니다.

이 부분이 보조배터리 스펙 중 가장 중요한 부분입니다. 출력 전압이 5.1V에 2.1A인 부분을 보면, 이 제품은 핸드폰 충전기보다 더 높은 전압을 이용해 충전을 한다고 볼 수 있습니다.보통은 5V를 사용하고 전류도 2A이기 때문입니다. 요약하면, 샤오미 보조배터리는 충전 속도가 정품 충전 케이블을 사용하는 것보다 약간 더 빠르다고 할 수 있습니다.

다음은 용량입니다. 'Mi Power Bank'는 3,000mAh 용량의 G3 Cat.6 배터리를 몇 번이나 충전할 수 있을까요?

10,400mAh / 3,000mAh = 3.46회라는 공식대로 3회 이상 완충할 수 있을까요?그렇지 않습니다. 실제 충전에 필요한 용량은 '전력량'을 계산해서 산출해야 합니다. 샤오미 Mi Power Bank 전력량은 다음과 같습니다.

10,400mAh * 3.6V = 37.44Wh

 그리고 여기에서 나온 전력량(37.44Wh)를 출력 전압으로 나눠주면 실제 사용 가능한 전류량이 나옵니다.

37.44Wh / 5.1V = 7,341mAh

샤오미 제품이 5.1V 출력이라 이렇게 계산을 한 것이고 보통은 5V를 사용하니 제품 스펙에 맞게 계산하시면 됩니다. 그렇다고 7,341mAh 전부를 핸드폰 충전에 쓸 수 있는 것은 아닌데요. 3.6V에서 5.1V로 전압을 올리면서 발생하는 에너지 손실을 계산해야 합니다. 보통은 이 효율을 80% 정도로 보고 있는데, 샤오미 홈페이지에서는 이 제품의 변환 효율을 93%라고 써 놨으니 이대로 계산을 해보겠습니다.

샤오미 Mi Power Bank 사용 가능 전류량 = 7,341 * 0.93 = 6,827.72mAh

약 6,828mAh가 실제 핸드폰 충전에 사용하는 전류량입니다. 이것을 기반으로 3,000mAh 배터리를 충전한다면 약 2.27회 완전 충전이 가능한 것입니다.

아이폰5S(1,540mAh)이라면 약 4.43회 충전이 가능한데, 샤오미 홈페이지에서 밝힌 4.5회에 근사치입니다.

그리고 전압이 바뀌면서 발생하는 에너지 손실에 대해 말씀 드렸는데요. 이것은 제조사마다 전부 다릅니다. 품질이 좋은 제품은 80~90%까지 되지만, 그렇지 못한 제품은 70% 정도가 되는 것도 있습니다. 그래서 똑같은 10,400mAh라도 충전 횟수가 달라질 수 있다는 것 명심해야 합니다.

이렇게 복잡한 계산식식으로 보조배터리 용량 계산을 했는데요. 간단하게 계산하려면 전류량(mAh) * 0.7로 계산하시면 됩니다. 정확하지는 않지만, 어느 정도의 근사치 값은 얻을 수 있으니 참고하시기 바랍니다.

지금까지 휴대용 보조배터리 용량 계산법이었는데요. 이제는 겉에 써 있는 숫자 하나만 보고 충전 횟수를 짐작하는 실수는 하지 않으리라 생각합니다.

마지막으로 휴대용 보조배터리도 엄연한 전기용품입니다. 전압과 전류량이 낮아 인체에 해를 끼치는 일은 거의 없겠지만, 휴대폰에는 치명적인 일이 생길 수도 있습니다.

(보호회로가 내장된 제품을 선택하시는 것이 좋습니다. 사진 출처 : LG전자 홈페이지)

가급적이면 최대한 많은 보호회로가 내장되어 있는 제품을 선택하시기 바랍니다. 자칫 잘못하면 휴대폰 배터리 수명 단축은 물론이고 최악의 경우 충전 중 폭발하는 일도 생길 수 있기 때문입니다.

보조배터리의 특징

● 보조배터리는 리튬이온이나 리튬이온을 고체화시킨 리튬폴리머 형식으로 되어 있다. 

● 리튬 배터리는 공칭 전압 3.7V, 완충 전압(4.24V)(스마트폰에서 고용량의 경우 4.35V), 최대 방전 전압 2.8V이다. 방전 한계 수치인 2.6V이하로 떨어지면 대미지가 커서 영구적인 용량 감소와 성능 저하가 오므로 보통 그전에 2.7V~3V 정도에서 보호회로가 작동 해 전력을 끊어 배터리를 잠근다. (대략 15% 정도의 사용할 수 없는 보존용량이 존재한다.)

● 보조배터리로 다른 기기를 충전시에 USB포트로 보내게 되면 3.7V에서 5V로 승압해야 한다.

● 승압 과정은 보조배터리의 회로 내에서 일어나게 되고, 강압 과정은 충전을 받는 기기 내에서 일어난다.

● 승압 과정에서 전력소비, 케이블의 저항과 접촉 저항 등으로 전력을 소비, 강압 과정에서 전력을 또 소비하게 된다.

(승압 과정(3.7V->5V), 강압 과정(5V->4.2V)

● 부품의 성능이 좋아서 아주 좋을 효율의 회로를 썼을 때 표시된 용량의 90% 이상을 활용할 수 있다.

● 정품 배터리 셀(삼성/LG/파나소닉)은 표기된 용량의 90 ~ 95% 정도의 효율을 내고 중국산은 40~70%의 효율을 낸다.

● 3.7V를 5.0V로 승압하는 과정에서 전류가 3.7/5.0=74%의 비율로 전력 손실이 일어난다는 것은 잘못된 상식이다.  

● 보조배터리에 나와 있는 mAh수치는 배터리의 전압인 3.7V기준이므로 5.0V기준에서는 74%의 전류가 나오는 것은 맞지만 전압이 상승되기 때문에 에너지의 총량은 같다. 즉 전력 손실이 일어나는 것은 아니다.

 - 보조배터리의 정격전압이 3.7V이기 때문에 10,000mAh로 표시되고 있고, 만약에 정격전압이 5V였다면 7,400mAh로 표시될 것이다. 

● 리튬이온 배터리들은 3년 정도 쓰면 50% 정도나 그 이하로 성능이 떨어진다.(300~400회 이상 충방전을 하면 배터리 성능이 서서히 저하됨.) 구매 후 5년쯤이면 바꾸는 게 좋다.

● 추운 날씨에는 배터리 효율이 떨어지므로 가급적이면 따뜻하게 보관해야 한다.

보조배터리의 실제 용량

● lg, 삼성 등의 정품 배터리셀에 좋은 회로를 가진 10,000mAh의 보조배터리를 쓰고 있다면 90% 수준인 9,000mAh를 사용할 수 있을 것이고, 좋지 않은 배터리셀에 안 좋은 회로를 쓴다면 60~80% 수준인 6,000 ~ 8000mAh를 사용할 수 있을 것이다. 

보조배터리의 용량의 표기 방법(mAh, WH)

● 시중에 나와 있는 대부분의 보조 배터리 용량이 mAh로 표기되어 있는 것(보조배터리의 전압도 3.7V)은 모바일 충전 기기의 대부분이 공칭전압 3.7V의 리튬 배터리가 압도적으로 사용되고 있기 때문이다.(이 말은 같은 전압(3.7V)을 가진 배터리와 기기끼리 충전을 하면 10,000mAh의 용량을 가진 보조배터리로 10,000mAh의 용량을 가진 기기를 수치 그대로 충전할 수 있다는 얘기이기 때문에 mAh로 표기해도 편하다는 것이다.)

● 배터리 용량이란 배터리가 저장할 수 있는 전기의 양, 즉 전자의 양을 말한다. 단위는 Ah(암페어아워)이다.(1Ah = 1,000mAh)

● 배터리 용량이라는 것은 문맥에 따라 방전 용량(mAh)이 될 수도 있고, 전력량(Wh)이 될 수도 있다. 

● Wh(전력량)= (mAh/1000) * V

 - 정격전압 3.7V, 10,000mAh인 배터리의 전력량(Wh)은 37Wh(10000mAh/1000 * 3.7V = 37Wh)

 - 정격전압 3.7V, 20,000mAh인 배터리는 전력량(Wh)은 74Wh(20000mAh/1000 * 3.7V = 74Wh)

 - 정격전압 3.7V, 30,000mAh인 배터리는 전력량(Wh)는 111Wh(30000mAh/1000 * 3.7V = 111Wh)

● 3.7V/ 5000mAh 배터리와 7.4V/5000mAh 배터리가 있다면 방전 용량(mAh)이 같아서 전력량이(Wh)이 똑같다고 착각할 수 있지만 7.4V/5000mAh를 3.7V로 환산하면 10000mAh가 되는 것이다. 즉 방전 용량(mAh)이 같더라도, 전압(V)이 다르면 전력량(Wh)은 다르게 나온다. 전력량이 많다는 건 일을 더 많이 할 수 있다는 것이다.

 - 3.7V/5000mAh의 전력량(Wh)은 5000mAh/1000 * 3.7V = 18.5Wh

 - 7.4V/5000mAh의 전력량(Wh)은 5000mAh/1000 * 7.4V = 37 Wh

● 10Wh는 10W의 작업 속도로 1시간, 5W 작업 속도로 2시간, 1W의 작업 속도로 10시간 일을 할 수 있는 것이다.

● 5W의 출력을 내는 기기를 사용했을 때 정격전압 3.7V, 10,000mAh인 배터리는 37Wh의 전력량을 사용할 수 있으므로 약 6~7시간의 사용시간을 가질 수 있다는 것이다.

※ 태블릿의 배터리 전압은 3.7V(통상적인 리튬 배터리), 3.8V(리튬 하이볼트HV배터리), 7.4V(리튬배터리 2개 직렬), 7.6V(리튬 하이볼트HV배터리 2개 직렬) 4가지 중 하나로 되어있고, 만약에 7.4V 10,000mAh의 배터리를 가진 태블릿을 3.7V 10,000mAh의 보조배터리로 충전을 한다고 했을 때 완충이 되지 않는다고 이상한 것이 아니다. 태블릿 7.4V 10,000mAh의 전력량은 7.4V * 10,000mAh/1000 = 74.4Wh이고, 보조배터리 3.7V 10,000mAh 전력량은 37Wh이기 때문이다. 

기타 용어 정리와 필요한 지식

● Wh(와트시)는 1시간 동안 1W의 전력을 공급했을 때 발생하는 에너지를 표기하는 단위다.

● AH(암페어아워)는 1A(암페어)가 1시간 동안 흘렀을 때의 전기 양이다. 

● 용량(capacity): 배터리 용량은 특정 전압에서 다른 기기로 전달할 수 있는 전하(Electric Charge)의 총량이다.

● 용량의 단위: 암페어시(Ah) 혹은 암페어아워(Ah), 밀리암페어시(mAh) 혹은 밀리암페어아워(mAh)

● mAh(밀리암페어아워)는 mA(전류)와 H(시간)의 곱을 나타낸 것(특정 전압일 때 특정 전류가 한 시간 동안 흐를 수 있는 용량)으로 1시간 사용량을 말한다. 1mAh라면 1시간 동안 1mA를 뽑아주면 방전된다는 뜻이다.

● 전력(power)(W): 보조배터리의 전력은 단위 시간당 기기로 전달할 수 있는 전기에너지(전압(V) X 전류(A))

 * 5V * 2.4A의 전기를 공급한다면 12W의 전력을 출력하는 것이다. (대부분의 기기의 충전 전압은 5V)

● 전압(V)은 물의 높이라고 생각하면 쉽다. 물의 높이가 높을수록 힘이 세지므로 전압이 높으면 전력이 높아진다. 전류(A)는 물의 양이라고 생각하면 된다. 물의 높이(전압)가 높고, 물의 양(전류)이 많을수록 에너지(전력)의 양(전력량)이 높아진다. 

● 전압(V)은 높은데 전류량(A)이 낮은 경우가 정전기이다. 전압은 높지만 전류량이 낮아서 곱해서 전력(W)을 봤을 때 에너지 양이 매우 적어서 인체에 큰 영향을 끼치지 않는다. 

10000mah 몇번 충전?

보조배터리 몇번?