🔋 배터리 용량, 전압으로 계산하면 왜 틀릴까? 전류적산법이 뭐야?

⚠️ 실험 안내 (Safety Notice)

이 글에는 리튬이온 셀·배터리팩·전자부품을 활용한 실험 과정이 포함되어 있습니다. 이 기록은 Sensloop Lab의 통제된 환경에서 수행된 내용입니다.

안전한 실험을 위해 다음을 권장드립니다:

절연 장비와 보호장구(장갑·보안경 등)를 착용하세요.
작업 전 전압 확인과 절연 처리를 진행하세요.
고전압 배터리팩 실험은 숙련자가 진행하는 것이 안전합니다.

안녕하세요, Sensloop Lab 연구원 여러분 🔧
오늘은 우리가 자주 사용하는 배터리 잔량 표시 방식에 대해 이야기해보려 합니다.

많은 사람들이 배터리의 전압(V) 을 보고 “이 정도면 70%쯤 남았겠지?”라고 생각하죠.
하지만 실제로는, 같은 3.8V에서도 어떤 배터리는 60%, 또 다른 배터리는 80%일 수 있습니다.

왜 이런 차이가 날까요?
바로 전류적산법(Ampere-hour Integration) 이라는 원리를 이해하지 못했기 때문입니다.

⚡ 전압으로 계산하는 방식의 함정

시중의 대부분 배터리 잔량 게이지는
전압을 기준으로 잔량(%)을 단순 추정합니다.
예를 들어,

4.2V = 100%, 3.9V = 70%, 3.7V = 50%, 3.3V = 20% …

이런 식으로요.
하지만 이건 ‘정확한 계산’이 아니라 ‘편의상 표시’ 에 불과합니다.

왜냐하면 전압은 배터리의 상태에 따라 쉽게 변하는 값이기 때문이에요.
부하가 커지거나, 온도가 낮아지거나, 내부저항이 높아지면
같은 잔량이어도 전압이 더 낮게 보이죠.

그래서 어떤 기기는 “잔량 0%”라며 꺼졌다가,
몇 분 후 전압이 회복되면 다시 켜지는 현상이 생깁니다.
이건 배터리가 살아난 게 아니라,
전류가 끊기면서 내부저항(IR drop)이 사라져 전압이 일시적으로 올라간 것뿐입니다.

⚙️ 전류적산법이란?

배터리의 진짜 용량은 전압이 아니라 얼마나 많은 전류가 얼마나 오랫동안 흘렀는가로 계산합니다.
이를 전류적산법(∫I·dt) 이라고 부릅니다.

쉽게 말해,

전류(A) × 시간(h) = 용량(Ah)
예: 10A로 1시간 → 10Ah,
5A로 2시간 → 10Ah

이 계산이 바로 배터리의 실제 사용량을 나타냅니다.

정전류 조건에서의 방전이라면 아래처럼 단순히 곱하면 되지만,
시간에 따라 전류가 달라지면 그 값을 전부 더해서(적분) 구해야 합니다.

📊 실제 데이터 – 삼성 30Q 셀 실험

Sensloop Lab에서 테스트한 Samsung INR18650-30Q (3Ah) 셀을 예로 들어볼게요.
10A로 방전했을 때 결과는 다음과 같았습니다.

항목	측정값
방전 전류	10A (정전류)
방전 시간	17분 17초 (0.288h)
계산된 용량	2.808Ah (≈ 2808mAh)
에너지	9.04Wh
평균 전압	3.22V

👉 10A × 0.288h = 2.88Ah,
실측값(2.808Ah)과 거의 일치합니다.

이게 바로 전류적산법으로 계산한 정확한 용량이에요.

🪫 “그럼 70%는 몇 볼트일까?”

이 셀의 총 용량이 2.808Ah라면,
70%는 약 1.966Ah가 사용된 시점입니다.
그래프 상으로는 전압 약 3.75~3.8V,
부하를 끄고 휴지(OCV 안정) 후엔 3.87~3.92V 근처로 회복됩니다.

즉, “3.9V가 70%”라는 말은 조건이 다르면 완전히 달라집니다.
부하 전류가 크면 내부저항 때문에 전압이 더 낮게 나타나니까요.

🔋 폴리머 셀은 왜 더 틀릴까?

배터리 종류에 따라 방전 곡선 모양이 다릅니다.

구분	원통형 셀 (30Q)	폴리머 셀 (E556)
방전 커브	완만한 곡선	평탄 → 급강하형
평탄구간	중간 정도	매우 길다
전압기준 오차	±8~12 %p	±15~25 %p
특징	전압이 서서히 떨어짐	전압이 오래 유지되다가 한 번에 급락

리튬 폴리머 셀은 3.7V 근처에서 오랫동안 전압이 거의 변하지 않다가,
끝부분에서 급격히 떨어집니다.

그래서 “전압이 안 떨어지니까 아직 여유 있겠지?” 하다가
컷오프 전압 근처에서 순식간에 0%로 표시되고 장비가 꺼지는 현상이 자주 발생합니다.

이는 전압기준 퍼센트가 실제 SOC(State of Charge)와 맞지 않기 때문이죠.

📈 그래프 예시 – 원통형 vs 폴리머 셀

원통형 셀(30Q)은 전압이 서서히 감소하지만,
폴리머 셀(E556)은 평탄 구간 이후 급격히 전압이 떨어집니다.
→ 전압기준 잔량 표시는 폴리머 셀일수록 부정확.

⚠️ 전압 기반 게이지의 실제 오차

조건	전압 퍼센트 오차 (절대 SOC 기준)
가벼운 부하 (0.2C)	±3~5 %p
중간 부하 (1C)	±8~12 %p
큰 부하 (3C 이상)	±15~25 %p
부하 제거 후 안정(OCV)	±5~8 %p

즉, 전압만 보고 50%라고 표시되더라도
실제론 30~70%일 수 있습니다.

💡 그렇다면 왜 장비가 꺼졌다가 다시 켜질까?

이건 많은 연구원분들이 경험한 현상입니다.
전압기준 게이지는 부하가 걸릴 때 전압이 순간적으로 떨어지면
“0%”라고 오인하고 전원을 차단합니다.

하지만 부하를 제거하면 내부저항 효과가 사라져
전압이 다시 올라가죠.
그러면 장비가 “충전됐나?” 하며 다시 켜지는 겁니다.

실제로는 남은 용량이 약 5~10% 있었던 거예요.

✅ 전류적산법이 정답인 이유

항목	전압기준 방식	전류적산 방식
부하 영향	큼 (IR Drop)	거의 없음
전압 회복 반영	예 (오류 발생)	X
정확도	±10~25 %p	±1~3 %p
화학계열 영향	큼	거의 없음
필요장비	간단	BMS or 테스트기 필요

결국, 전류적산법은 시간을 기준으로 전하량을 누적 계산하기 때문에
부하, 온도, 화학계열에 상관없이 항상 일관된 데이터를 제공합니다.

🧠 연구원 코멘트

“전압은 배터리의 ‘기분’이고,
전류적산은 그 배터리가 ‘얼마나 일했는지’의 기록입니다.

Sensloop Lab 연구원 여러분,
이제 전압 게이지 숫자만 보고 안심하지 마세요.
진짜 잔량은 전류의 합(∫I·dt)에 있습니다.”

🔍 요약

전압은 상태를 보여주는 ‘표면값’일 뿐, 정확한 용량 지표가 아니다.
방전 곡선이 평탄한 셀(폴리머, LFP)은 전압기준 오차가 훨씬 크다.
과전류 상태에서는 IR drop으로 인해 ‘가짜 0%’ 현상이 발생한다.
전류적산법은 이 모든 변수를 제거하고 정확한 잔량을 계산한다.

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