전자기기의 배터리 용량에 관해서, 배터리 용량 계산법

배터리 용량은 어떻게 계산하나?

 

기초 지식 없이는 이해하기 힘든 빠떼리의 용량을 알아봅시다.

보조배터리나 스마트폰의 배터리 용량을 보면 3000[mAh]처럼 표기되어있는데,
노트북을 보면 60[Wh]로 표기되어있어요.

전력에 대한 개념이 없는 상태에서 뭐가 뭔지 알기는 힘들죠.

mAh, Wh는 무슨 단위?

 

처음부터 결론을 까봅시다.

전력, 전력량 두 가지 용어가 있어요. 위에 저거 두 개 다 전력량의 단위입니다.
본 포스트에선 주로 전력량에 대해 다룹니다.

전력(파워)와 전력량(에너지)이 서로 뭐가 다르냐하면
손으로 옆 사람을 민다고 합시다. 옆 사람이 겨우 버틸 정도로 세게 밀어봅시다.
여기서 두 가지를 생각할 수 있어요.
(1) 얼마나 세게 미느냐
(2) 그 세기로 얼마나 오래 미느냐
(1)이 파워, (2)가 에너지입니다.
얼마나 세게 힘을 가하냐와, 그 힘이 얼마나 많은 양으로 가해지는진 직감상 다르단걸 알거에요.
전력량(에너지)는 힘이 가해지는 양을 시간으로 잰 결과입니다.
옆 사람을 100만큼의 힘으로 1시간 동안 밀면 걍 뒤에 hour 붙여서, 100h가 되는 식이죠. 

mAh, Wh 둘 다 전력량의 단위에요. 밀리암페어시, 와트시라고 읽어요. '시'는 시간의 '시' 입니다.

리튬이온배터리 기준, [mAh] 단위를 [Wh]로 바꾸는 계산입니다.
스마트폰은 보통 [mAh]로, 노트북은 [Wh]로 표기되는데 [Wh]가 더 알기 쉬운 표현인데요.
왜 알기 쉬운 표현인지 알아보죠.

[W]는 파워, 전력의 단위에요. 뒤에 [h]는 Hour, 한 시간 두 시간 할 때 그거 맞아요.
[W] 뒤에 붙여서, 100[Wh]는 100[W]만큼의 파워(전력)를 한 시간[h]동안 뿌릴 만큼의 에너지(전력량)란 뜻입니다.

그럼 [mAh]는? 전압[V] x 전류[A] = 전력[W] 인데 전류[A] 밖에 없지 않나. 전압 정보가 없는데 어케 계산하나?
그건 기기에 사용 중인 배터리가 리튬이온배터리라는 전제를 깔아서 그래요.

리튬이온 배터리의 공칭전압(통상전압이라 생각하시면)은 3.7[V]입니다.
[mAh]같은 단위는 배터리의 전압을 알고 있다는 가정 하에 사용하는 단위입니다.

[Wh]로 쓰면 배터리의 공칭전압 따위 몰라도 가늠이 되죠. [mAh]는 정보가 하나 생략되어 있어요.
그래서 범용성을 생각했을때 [Wh]가 훨씬 알기 쉽습니다.
"물 1만큼 가져와봐" 하면 물 1L인지 물통 1개인지 못 알아듣겠죠?
[mAh]가 전압정보를 생략했으니 그 꼴입니다.

정리하자면, 리튬이온배터리의 3000[mAh]는 3.7[V]의 전압으로 3000[mA]의 전류를 1[h]동안 공급할만큼 전력량을 가진다는 뜻입니다.
전압 정보가 생략되어 있으니 배터리의 공칭전압을 모르는 상태에선 못 알아듣는게 정상이며, [Wh]가 더 확실한 표현입니다.

 

 

다들 어디선가 전압, 전류, 전력이라는 3개의 용어는 들어봤을 겁니다.

각각 전기의 힘인지, 양인지, 에너지양인지 애매모호하다고 느낄 수 있겠다.
간단하게 정리해보죠.

전기의 개념을 설명할 땐, 보통 물로 비유하곤 해요.
물이 졸졸 흐르면서 물레방아를 돌리는 모습이, 전류가 찌릿찌릿 흐르면서 전자부품 돌리는 모습과 비슷하기 때문인데요.

흔히 착각하는게, 배터리에서 전자가 총알마냥 퓨웅 하고 뛰쳐나와서 텅 빈 회로를 도로마냥 따라 이동하여 전자부품에 히트한다고 생각하는데요.

그게 아니라 전선엔 처음부터 전자가 꽉 차 있어요. 배터리는 그걸 열심히 밀어서 물살 같은건 만들어내는거에요.
물이 가득 찬 파이프에 프로펠러를 돌려서 흐름을 만들어 내는거마냥요.

즉슨 배터리는 -극에서 전자를 밀어내고(전자를 방출하고) +극에서 빨아(전자를 흡수)들입니다.
더 자세한건 고등학교 수준의 화학과 물리의 전지와 전력 부분에서 보실 수 있습니다.

전자 물살의 세기를 전압, 물살에 딸린 전자의 양이 전류에요.
세기와 양을 합친게 파워, 즉 전력이 되죠. (파워는 질량과 가속도 아니냐고요? 이게 그거 맞아요. 대학교에서 봅시다)
그 전력을 얼마나 긴 시간 동안 공급할 수 있느냐를 따지는게 전력량 입니다.

 

 

실전에서 활용해보자

 

일단 [Wh]가 얼마만큼 큰지 가늠해봅시다.

비행기 좌석에 안전하게 들고 탈 수 있는 배터리 용량은 100[Wh] 정도 입니다.
그 이상은 허가가 필요하거나 기기가 나눠져 있거나 해야해요.

보통 노트북들의 배터리 용량은 40~60[Wh]입니다.
인텔의 13세대 저전력 CPU, i7-1255U의 소비전력(TDP)은 15[W]에요. 풀로드 기준 15[W]이죠.
CPU 풀로드시 15[W]의 전력이 필요하니, 그걸 한 시간 동안 돌리려면 15[Wh]의 전력량이 필요합니다.

즉슨 60[Wh]의 배터리로 i7-1255U를 풀로드 돌린다면 60[Wh] / 15[W] = 4[h]
4시간 동안 돌아갑니다. 노트북엔 CPU만 달린게 아니니, 액정이나 메인보드의 전력소모도 계산해야 하죠.
그리고 CPU도 항상 풀로드로 돌아가는게 아니니 실제론 15[W]보단 훨씬 덜 먹습니다.

이러한 고로 60[Wh] 배터리가 탑재된 저전력 i7 노트북은 대략 5시간 정도 돌아가겠거니 짐작이 가능합니다.
액정이나 메인보드, 내장카메라 등등 각 부품의 소모전력은 제조사가 공개하고 있으니 참고하세요.

 

이번엔 스마트폰을 볼까요?

아이폰 14 프로의 빠떼리는 3200[mAh] 이네요.

맨 위에 처럼 계산하면 (3200 x 0.001)[Ah] x 3.7[V] = 11.84[Wh]
11.84[Wh]네요.아이폰 14프로라면 8개 정도 들고 뱅기 타도 배터리 용량 제한엔 안 걸리겠네요! 한 기기도 아니니깐!
뭐 그리 많이 들고다녀 임마 같은 소리는 들을 수도 있겠지만요.

스마트폰은 노트북의 5분의1 정도의 전력량을 가진다고 볼 수 있겠네요.
이건 스마트폰이 소형화를 갈고 닦아 사이즈 대비 큰 배터리를 탑재한 결과에요.
그만큼 체급 대비 가격도 스마트폰 쪽이 단연 비싸죠.

보조배터리도 보통 리튬이온배터리라 전압이 3.7[V]에요.
10000[mAh]짜리 배터리면 10000 x 0.001 x 3.7 = 37[Wh]
37[Wh]의 용량을 가진다고 고쳐 쓸 수 있어요. 이론상 아이폰14프로를 3.125회 충전할 수 있네요.
한가지 추가로 고려해야할 것은, 충전시 케이블과 승압회로등을 거치면서 전력 손실이 일어납니다.
케이블이나 보조배터리의 품질, 환경등의 영향을 받기 때문에 정확히 파악하긴 어렵지만, 대략 전체용량의 80%~85%정도가 살아남는다고 하면, 아이폰14프로 기준으로 2.5~2.6회 정도 충전이 가능하다고 볼 수 있어요.

이렇게 [mAh]를 [Wh]로 단위만 변환해준다면 편하게 계산할 수 있습니다.

 

같은 맥락으로 방의 에어컨이 얼마나 전기를 처먹는지도 계산이 가능해요.

에어컨 스티커 보면 소모전력이 나와있어요. 제 방에껀 작아서 0.45[kW]네요. k는 1000이니까 450[W]네요.

한전 자료, 하계 가정용 저압공급 기준으로 300[kWh]이하까지는 1[kWh]당 112원이네요.

하루 4시간 에어컨을 쓰면 0.45[kW] x 4[h] =  1.8[kWh]
한달 30일이라하면 1.8[kWh] x 30 = 54[kWh] 
54킬로와트시 만큼 사용하게 되니 요금은 112[원] x 54 = 6,048[원]

네 제 방에꺼 쓸 때는 한 달에 6,048원 나오네요. 
싸다고요? 에어컨 소모전력이 0.45[kW]보다 크거나, 사용양이 많거나, 가정 내에서 전부 300[kWh]이상 사용하거나 하면 몇 만원 단위로 부풉니다. 
게다가 집에서 에어컨만 사용하는거도 아니니 전기비 후덜덜하네요.

그에 반해 스마트폰 배터리는 11.84[Wh]이고, 1[kWh] = 1000[Wh]당 112원이니 
한번 충전할 때마다 1.3원 정도 드네요ㅋㅋㅋ

여러분 폰은 아끼지말고 충전합시다. 하루 10번이고 100번이고 꽂아도 돈 많이 안 들어요. 놀라운 폰의 전력효율.

데스크톱이요?
보통 파워 700W짜리 달리죠? 대충 상시 500W 정도 사용한다고 가정하면, 한 시간에 0.5[kWh] 쓰네요.
한 시간 사용하면 56원 정도 나오네요. 데스크톱 전기 빠는게 만만치 않죠?

 

글을 쭉 읽어보셨다면 아시겠지만, 배터리 얘기는 곧 전력 얘기와 같습니다.
이 글에 쓰인 개념만 이해하셔도 가정 전력이나 전자제품 스펙을 가늠하는데엔 무리가 없을거에요.

추가로 알고 싶은게 있다면 웹서핑 해보세요. 전기란 매우 흥미롭고 유용하답니다.
댓글로도 뭔가 물어보시면 제 짧은 지식이 허용하는 한 답변해드릴게요.

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