🔋 배터리 수명 계산기

배터리 수명 계산기는 메이커라면 누구나 결국 던지는 질문에 답합니다: "이거 실제로 얼마나 오래 돌아가지?" 답은 단순한 나눗셈 하나입니다. 배터리에 저장된 에너지 — 용량 — 을 기기가 소모하는 속도로 나누면 됩니다. 결과는 시간 단위의 사용 시간입니다. LED용 강하 저항을 설계하거나 전압 분배기 뒤의 대기 전류를 확인할 때 쓰는 것과 같은 기초 회계이며, 저항 대신 시간으로 표현했을 뿐입니다.

용량은 밀리암페어시(mAh) 또는 암페어시(Ah)로 측정합니다. 이름과 달리 이는 전력이 아니라 전하의 양입니다: 2000 mAh 셀은 2000 mA를 1시간, 또는 100 mA를 20시간, 또는 곱이 2000이 되는 어떤 조합으로든 공급할 수 있습니다. 기기가 끌어당기는 전류는 밀리암페어(mA)로 측정합니다. 둘을 나누면 "밀리암페어" 단위가 상쇄되어 시간이 남습니다.

2000 mAh 배터리 기준으로 부하가 커질수록 사용 시간이 어떻게 줄어드는지 표로 보면 다음과 같습니다:

핵심 공식은 전하와 전류의 비율입니다:

사용 시간 (h) = 용량 (mAh) ÷ 부하 (mA)

여러 개의 동일한 기기가 배터리 하나를 공유한다면 먼저 부하에 기기 수를 곱합니다. 계산기가 자동으로 처리합니다: 2000 mAh 팩이 100 mA짜리 기기 네 대를 공급하면 총 400 mA를 소모하므로 2000 ÷ 400 = 5시간이지 20시간이 아닙니다. 분모에 주목하세요 — 전류를 두 배로 올리면 사용 시간은 매번 절반이 됩니다. 이 "다 더하기" 논리는 셀을 병렬로 결합할 때도 나타나는데, 용량은 병렬 저항 네트워크의 분기 전류처럼 행동합니다.

파생 검산으로, 계산기는 C-rate도 알려줍니다. C-rate는 부하 전류를 같은 단위의 용량으로 나눈 값입니다: C = I(mA) ÷ 용량(mAh). 0.05 C 방전(2000 mAh에서 100 mA)은 부드럽고 수명에 좋은 저속 방전이고, 1 C 방전은 배터리가 정확히 1시간 만에 비워진다는 뜻이며, 2 C 이상은 열이 나고 셀 수명을 줄이는 가혹한 방전입니다. C-rate는 배터리 데이터시트가 실제로 인용하는 숫자이므로, 작은 코인 셀과 덩치 큰 18650을 정직하게 비교하는 방법입니다.

실제 배터리에는 함정이 두 가지 있습니다. 첫째, 용량은 보통 온건한 C-rate(흔히 0.2 C)로 정격을 매깁니다. 더 강하게 끌어당기면 라벨보다 적게 나옵니다 — 이 감소가 푸케르트 효과(Peukert)이며, 납축전지와 구형 NiMH에서 가장 두드러집니다. 둘째, "차단" 전압도 중요합니다. 3.0 V에서 꺼지는 기기는 3.4 V에서 꺼지는 기기보다 리튬이온 배터리를 더 오래 쥐어짭니다. 계산기는 이상적인 수치를 주므로, 자신 있는 상한선으로 취급하세요.

팩을 조립하는 것은 사용 시간 수학과 별개의 선택입니다. 직렬로 쌓은 셀은 전압은 더해지지만 용량은 그대로라 사용 시간이 변하지 않으며, 병렬로 놓은 셀은 전압을 유지하면서 용량(과 전류 능력)이 더해져 사용 시간이 비례해 늘어납니다. 그래서 "3S2P" 리튬이온 팩은 단일 직렬 열보다 약 두 배 오래, 세 배의 전압으로 동작합니다. 계산기에 입력하는 용량은 한 셀의 정격이 아니라 병렬로 합산된 총량이어야 합니다.

1. 배터리 용량을 입력하고 단위를 고르세요 (소형 셀은 mAh, 큰 팩은 Ah).
2. 기기가 소모하는 전류를 입력하고 단위를 고르세요 (mA, A, uA).
3. 같은 배터리를 공유하는 동일 기기 수를 입력하세요 (하나뿐이면 1로 두세요).
4. 계산 버튼을 누르면 시간·일 단위의 사용 시간, 총 전류, C-rate가 나옵니다.
5. C-rate를 셀 데이터시트와 비교하고, 오래 쓰려면 1 C 아래로 유지하세요.

기기가 계산기 예측보다 일찍 꺼지는 이유는 무엇인가요?

그 수치는 이상적입니다. 실제 셀은 고방전에서 덜 내주고(푸케르트 효과), 차단 전압이 사용을 일찍 끝내며, 대기 중 자가 방전이 줄어듭니다. 추운 날씨도 사용 가능 용량을 줄입니다. 실제로는 수치의 80~90% 정도를 기대하세요.

안전한 C-rate는 어느 정도인가요?

대부분의 화학 조성에서 0.5 C 이하는 부드럽고 수명에 좋습니다. 약 1 C는 스마트폰과 전동공구에서 일반적입니다. 2 C 이상의 지속 방전은 열이 나고 셀을 마모시키므로, 목적에 맞게 설계된 셀만 견딥니다.

USB 보조배터리에 쓸 수 있나요?

네, 하지만 상자에 적힌 5 V 출력 수치가 아니라 3.7 V 셀 수준의 정격 mAh를 읽으세요 — 5 V 수치는 변환 손실을 이미 포함하므로 셀이 실제로 담은 양을 과소평가합니다.

배터리가 클수록 항상 비례해서 오래 가나요?

이상적 모델에서는 그렇습니다. mAh를 두 배로 하면 시간도 두 배입니다. 실제로는 큰 셀이 내부 저항도 낮고 온도도 더 시원하게 유지하므로, 매우 높은 방전에서 잃었던 용량 일부를 회복합니다. 온건한 부하에서는 관계가 선형에 가깝습니다.

대부분 잠자는 기기는 어떻게 반영하나요?

전체 주기에 걸쳐 전류를 평균내세요. 9초간 5 mA, 1초간 100 mA를 소모하면 평균은 약 14.5 mA입니다. 그 평균을 계산기에 넣으면 현실적인 추정치가 나옵니다.

저전력 무선 노드는 평균 소모를 0.05 C 아래로 잡으세요 — 20 mA만 흘리는 2000 mAh 리튬이온 배터리는 4일을 넘깁니다. 이는 큰 저항으로 만든 전압 분배기 뒤의 대기 전류 설계와 자연스럽게 이어집니다.

전원을 설계할 때 계산기 수치는 상한이라는 점을 기억하세요. 제품이 한 번 충전으로 추운 일주일을 버텨야 한다면 이상적 사용 시간의 약 70%로 설계해야 낭패를 보지 않습니다.

새 셀과 헌 셀을 직렬로 섞는 것은 거짓 절약입니다. 가장 약한 셀이 먼저 차단 전압에 도달해 나머지가 아직 충전되어 있어도 팩이 죽습니다. 직렬 열은 통째로 교체하세요.

사용 시간이 부족하면 용량을 올리거나 소모를 줄이고, 상태 LED처럼 꺼지지 않는 수동 누설도 점검하세요. 항상 켜져 있는 5 mA 표시등 하나가 소형 배터리 수명의 1/3을 조용히 먹을 수 있습니다.

무선 노드에서는 듀티 사이클이 두 세계를 잇습니다: 여기에 입력하는 평균 전류가 사용 시간을 결정하고, 송출하는 반송파는 주파수-파장 도구의 파장 수학으로 정해집니다. 송신 시간을 줄이면 배터리 예산과 안테나 예산이 함께 개선됩니다.

온도는 조용히 용량을 훔칩니다: 0 °C의 리튬이온은 실온 mAh의 약 80%를 내고, 영하에서는 더 떨어지며 충전도 안전하지 않습니다. 겨울에 실외에서 쓰는 제품이라면 실험실 수치가 아닌 그 감소된 용량으로 설계하면, 계산기의 상한이 여전히 올바른 방향을 안내해 줍니다.