자동차 배터리는 저장된 전압과 전류를 이용해 스타트모터를 구동시켜 엔진 시동을 걸어줄 주는 전기장치입니다. 엔진시동이 걸리면 엔진동력으로 알터네이터(발전기)가 자체적인 전기를 생산해 자동차의 주행 및 전장시스템에 필요한 전원을 공급하고 남는 전력으로 배터리를 다시 충전해 주지요.
또한 배터리는 엔진시동을 위한 전원공급뿐 아니라 알터네이터의 발전용량보다 많은 전기부하를 사용할 경우 알터네이터를 도와 각종 전장시스템을 작동할 수 있도록 전원을 공급해 주는 역할을 하기도 합니다.
이러한 배터리는 단순한 전원공급장치로 생각하기 쉽지만 자동차 연비와도 밀접한 관련이 있습니다. 특히 최근에는 전원을 사용하는 전장 및 편의사양이 확대 적용되면서 전기차뿐 아니라 내연기관차 배터리 성능 및 유지관리 또한 중요해지고 있는 추세입니다.
자동차에 전원을 공급하고 배터리를 충전하는 알터네이터가 엔진부하에 직접적인 영향을 미치는 건 대표적인 보기류(Bogie)이기 때문입니다. 알터네이터는 에어컨 컴프레서, 파워스티어링 등과 같이 엔진과 구동벨트(드라이브벨트 또는 팬벨트 등)로 연결되어 엔진동력으로 구동되기 때문에 시스템의 작동여부와 관계없이 상시구동해 엔진 동력손실을 초래합니다.
일부 고급차를 중심으로 적용한 차량이 점점 늘어나고 있는 발전(충전)제어시스템은 배터리 충전상태에 따라 알터네이터 작동을 정밀하게 제어함으로써 엔진 부하를 줄여 연비향상을 도모하고 있는 것이 특징입니다.
발전제어시스템은 배터리에 장착된 센서가 배터리의 전류 및 전압, 배터리온도 등 배터리 충전상태를 감지해 ECU(엔진컨트롤모듈)와 BCM(바디컨트롤모듈)에 전달하고, 이를 바탕으로 차량운전(가속 및 감속, 정속주행 등)조건과 전기부하량 등을 종합해 배터리의 충전 및 방전 등에 따른 알터네이터의 구동량을 최적으로 제어해 줍니다.
가속할 때에는 엔진동력을 소모하는 알터네이터의 발전전압을 낮춰 연료소모를 줄이고 대신 배터리 전력으로 차량에 필요한 전원을 공급합니다(배터리 방전제어). 감속할 때에는 반대로 알터네이터 구동력을 증가시켜 배터리 충전을 극대화해 줍니다. 또한 감속 중 발생하는 회생에너지를 배터리에 충전하여 저장합니다.
즉, 가속이나 정속 및 아이들(공회전) 시에 배터리에 충전된 에너지를 사용해 엔진동력을 소모하는 알터네이터 발전량을 줄임으로써 연비를 향상시켜 주는 것이지요.
이외에도 배터리 충전상태가 양호한 경우에도 배터리가 방전되는 것을 막기 위해 알터네이터가 차량에서 소모되는 전류량 외에 필요없는 과잉전류를 배터리에 공급하고 있는데, 이러한 과잉전류를 제로(Zero)에 가깝게 제어해 불필요한 알터네이터의 발전량을 줄여주기도 합니다.
최근 출시되고 있는 차들은 자동차를 운행하지 않더라도 자동차에 적용된 여러 전장시스템들이 소량의 전원을 지속적으로 소모하고 있습니다. 이를 암 전류라고 하는데, 가정에서 TV나 에어컨, 컴퓨터 등을 사용하지 않더라도 콘센트에 전원선을 연결한 경우 대기전력을 소모하는 것과 같은 이치라고 할 수 있습니다.
또한 자동차 블랙박스가 대중화되면서 대부분의 블랙박스 사용자들이 장시간 주차 때 혹시 모를 차량 긁힘이나 뺑소니 등을 감시하기 위한 주차모드나 이벤트 녹화 등 상시 녹화기능을 사용하고 있습니다. 상시 녹화기능을 위해 대부분 자동차는 상시전원과 연결해야 합니다.
상시전원이란 자동차 시동을 끄더라도 배터리 전원이 항시 연결되어 있는 상태로 비상등이나 실내등, 접이식 사이드미러 등이 대표적입니다. 이러한 암전류와 상시전원은 배터리의 방전을 부추기는 주범이라 할 수 있습니다. 일반적으로 자동차를 장시간 주차한 경우 보통 3~4개월 정도면 암전류로 인해 배터리가 완전 방전되는데, 최근 전장시스템의 증가로 인해 암 전류소모량이 증가해 배터리 방전이 이보다 훨씬 짧아지고 있다는 것이 전문가들의 이야기입니다.
특히 블랙박스를 상시전원에 연결한 경우에는 이러한 암전류 소모량이 보통 상태보다 3~6배까지 증가하는 것으로 알려지고 있습니다. 배터리는 사용하지 않더라도 내부 화학반응에 의해 전해액비중과 출력전압이 자연스럽게 떨어지는 현상이 발생합니다. 이러한 현상을 자기 방전현상이라고 하는데요.
외부온도가 낮을수록 배터리의 성능이 떨어지는 것과 달리 자기방전의 경우 주변온도가 높을 경우 전해액 활성도가 증가되어 배터리 내부의 전해액 비중과 전압이 빨리 저하되는 것이 특징입니다.
따라서 오랫동안 차량을 운행하지 않는 것은 물론 차량을 운행하지 않고 세워두는 경우가 많은 주말에 배터리의 충전량이 부족해지는 현상이 발생하기 쉽습니다. 배터리 충전량이 부족한 경우 배터리를 충전하기 위해 알터네이터 구동이 많아질 수밖에 없지요.
“주말에 차를 운행하지 않는 차량의 경우 암전류 및 상시전원으로 인해 배터리 소모량이 증가함에 따라 상대적으로 월요일이 평상시 주중운행 때보다 연비가 떨어지는 경향이 있다. 또한 시내주행이나 출퇴근거리가 짧은 경우에도 배터리 충전량이 충분하지 못해 연비가 떨어질 수 있으므로 배터리 충전관리에 신경을 써야한다”는 것이 배터리 업체 관계자의 설명입니다.
김아롱 칼럼니스트/webmaster@autoherald.co.kr
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