[장형성 교수의 자동차 이야기(3)] 배터리와 발전기

기사입력 : 2019-06-16 17:26 (최종수정 2019-06-21 08:55)

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■ 배터리가 자동차의 전원인가?

자동차의 배터리는 전기장치를 구동하는 전원이다. 그러나 배터리는 시동을 걸 때만 사용하고, 시동이 된 상태에서의 전원은 발전기가 담당한다.(여기서는 내연기관을 설명한다)

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배터리와 발전기


배터리의 상태가 좋지 않으면 시동을 제대로 걸 수 없다. 자동차의 엔진은 모터를 이용하여 실린더 내에 공기를 흡입하고, 압축한 후 연료를 집어넣고 폭발시켜야 그 힘으로 돌아가게 된다. 이렇게 스스로 기동할 수 없는 엔진을 돌리는 장치가 기동전동기(Stating motor)이며, 이 모터를 돌리는 힘은 배터리에서 공급되는 전기이다.

자동차의 배터리는 화학작용에 의해 전기를 발생시키는 장치이다.(납산축전지를 위주로 설명한다) 화학작용이 활발하게 일어나지 않는 조건에서는 전기도 충분히 공급할 수 없다. 날씨가 춥거나 전해액(묽은황산)의 비중이 맞지 않는 경우 전기가 제대로 공급되지 않는다.

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납산 배터리

■ 배터리보다 배터리 연결장치의 문제가 많아

그러나 많은 자동차의 경우 배터리 자체의 문제보다는 배터리에서 출력되는 전기를 연결하는 배선의 접촉에 문제가 있는 경우가 많다. 자동차에서 전기를 가장 많이 소모하는 장치가 가동전동기이다. 배터리는 기동전동기를 구동하여 엔진의 시동을 걸 때만 사용한다고 했는데, 이때 전류가 가장 많이 소모된다. 따라서 배터리에 연결된 배선은 굵은 선을 사용한다. 이렇게 전류가 많이 흐르는 곳에는 접촉저항이 조금만 발생하여도 전압강하가 발생하여 전류를 제대로 공급할 수 없게 된다.

배터리의 연결 단자에 하얀 스케일이 낀 상태라면 접촉이 좋지 않은 상태이다. 이 부분을 깨끗이 닦고 접촉을 확실하게 조여주면 훨씬 좋은 효과를 볼 수 있다.

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배터리 단자에 낀 스케일과 관리


■ 시동시 소모된 전기는 발전기가 보충
일단 시동이 되고 나면 배터리의 역할은 끝이 난다. 이때부터는 발전기가 전기를 공급한다. 발전기는 보통 3상의 교류 전기를 발생시키는데, 이것을 정류하여 사용한다. 따라서 배터리 전기처럼 완전한 직류상태는 아니다. 발전기에서 발생되는 전기의 전압은 보통 14.5V 이상이다. 전기는 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되는데, 배터리 전압(보통 12V)보다 높기 때문에 발전기에서 배터리 쪽으로 흘러 시동 걸 때 사용했던 전기를 보충하게 된다.

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벨트로 구동되는 자동차의 발전기

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3상교류전기의 정류

■ 전기를 사용하지 않고 계속 달리면 과충전되지는 않을까?

발전기에는 과충전을 방지하는 시스템이 장착되어 있다. 대낮에 고속도로를 계속 달리는 자동차가 있다면 끊임없이 전기가 발생되어 과충전될 수 있는데, 발전기의 과충전 방지 장치가 작동하면 발전기는 더 이상 전기를 발생시키지 않는다.

발전기가 발전할 때는 엔진이 돌면서 벨트를 이용해 발전기를 돌려 발전하는데, 이때 내부의 자력 때문에 엔진은 동력이 손실된다. 그러나 발전이 필요 없을 경우에는 자력 형성이 되지 않아 발전기는 헛돌게 되므로 엔진 동력 손실이 없어 연료 손실도 적다. 따라서 발전기의 발전용량과 배터리의 용량은 매우 밀접한 관계가 있으며, 발전기가 계속 발전을 하게 되는 상황이 되면 연료손실도 더 많아지게 되는 것이다. 즉 발전기에 맞는 배터리가 사용되어야 한다.


장형성 신한대 기계자동차융합공학과 교수 장형성 기자가 쓴 기사 바로가기 →

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