18650 배터리 내부저항을 측정하자

 1. 테스터기

  다들 집에 하나 둘 쯤은 있는 기계이다.   가격이 크게 비싼 것도 아니고, 이 글을 읽는 사람들이라면 당연히 가지고 있을 것이다.  테스터기는 기본이 전압, 전류를 측정할 수 있는데 그외에 부가적으로 저항값 측정, 캐퍼시터(콘덴서)의 용량측정, 진동수 측정등이 가능한 모델들이 있다. 사실 이 모든 기능을 다 하는 테스터기라고 해도 $20 정도면 충분히 구매가 가능하다.

[ 오천원 짜리 ]

 물론 고가의 장비일수록 정밀도가 높아지는 것은 사실이지만 대략 이만원 선에서 타협을 하자. 수십만원을 들일바에야 차라리 그돈으로 오실로스코프를 사자. 

원래대로라면 '테스터' 라고 불려야 맞는 물건인데 '테스터기'라고 불리는 사연은 나도 잘 모르겠다. '초가집' 이나 '역전앞' 과 같은 사연으로 이해하면 되려나;;;

2. 내부저항이란?

 배터리의 방전 능력을 가늠하는 지수이다.  내부저항이 높으면 방전능력이 낮은 것이고 내부 저항이 낮으면 방전 능력이 높은 것이다. 내부저항은 항상 일정한 것이 아니며 배터리의 성능이 떨어질수록 높아진다. 즉 새 배터리의 내부저항이 50mΩ 정도일때, 충방전을 수백번 거치고 나면 90mΩ이 될 수 있다는 이야기이다. 또한 18650배터리의 경우 1년 마다 20%정도의 효율이 떨어지는 것으로 알고 있다.

1년뒤 = 100 X 0.8 = 80% , 2년뒤 = 80 X 0.8 = 64%

위의 내용으로 유추해 보면 대략 18650은 2년 정도 사용하면 절반 정도의 효율이 되는 것을 알 수 있다. 

LG, SDI의 경우 내부저항값에 대하여 스펙으로 정리해 놓았다. 아래의 링크에서 내부저항 값은 확인 할 수 있다.  고방전 배터리인 경우 대부분 30mΩ 이하이다.

[ 18650 배터리 스펙 ]

LG, SDI에서 생산하는 18650은 대부분 내부 저항이 100mΩ 이하이다.

3. 시도는 좋았으나...  

 LG, SDI의 정품셀 수급이 국내에서 불가능해진 지금 상황에서는 중국 알리에서 셀들을 구매하고있는데, 워낙 못 믿을 상황이라 내부저항 측정이 필요하고, 다른 제품들을 뜯어서 나온 배터리도 확인해 봐야 할 상황이어서 측정해 보려 하였다. 

[ 음? ]

위의 그림과 같이 연결하여 먼저 전압을 측정해보았고, 동일한 연결 방식으로 저항을 측정해 보았다. 결과는 0mΩ.   음? 뭐지? 저항값을 측정할 수 있는 테스터기가 두개라서 다른 기계로 측정을 해도 동일하였다. 

4. 폭풍검색 및 준비물

 잘 모르는 것이 있으면 구글신에게 물어 보면 된다. 이리 저리 검색을 해보니 측정 방법이 문제가 있다는 것을 알게 되었다.  준비물으 크게 필요한 것은 아니며 내 경우 이미 보유하고 있는 항목들이다.

- 준비물 (2 종류? )

[ 멀티 테스터 ]

[ 5W 5Ω 정도의 시멘트 저항 1개 ]

시멘트 저항이 딱 맞게 없으면 직렬, 병렬등으로 연결하여 대충 5 ~ 8Ω 정도로 맞추면 된다. 

5. 실제 측정

원리는 간단하다. V=IR (옴의 법칙) 을 이용하면 된다. 

[ 위키 - 옴의 법칙 ]

먼저 테스터기로 저항을 측정하자. 병렬이든 직렬이던 한개던 저항은 정확하게 측정되어야 한다. 테스터기로 몇번 찍어보고 평균값을 구하거나 아니면 가장 여러번 나온 값으로 정하면된다. (통계학적으로 최다빈도의 값을 선택하는 것도 평균값 만큼 유용하다.)

내 경우 맞는 시멘트 저항이 없어서 47Ω 짜리 4개가 있어서 이것을 병렬로 연결했고 측정 결과는 11.5Ω 이었다. 

두번째로 측정할 것은 무부하 상태의 18650 배터리 전압이고 측정해보니 4.016 이었다.
V = IR 공식에 입거하여 4.016 = I X 11.5
I = 0.3492A 가 나왔다. (이미 알겠지만 전압에 따라서 전류가 달라진다. 저항값은 고정이니)

세번째로 아래의 그림과 같이 부하를 걸고 전압을 측정하는 것이다. 

위의 연결을 하면 당연히 배터리를 사용하는 형태이고 전압이 지속적으로 내려간다. 따라서 연결하고 있는 시간을 최대한 적게 해서 측정하자.  한가지 팁이라 하면 미리 저항과 테스터기는 연결해 두고 + 극 쪽은 배터리까지 연결해둔 다음에,  -쪽 저항 부분을 18650에 살짝 가져다 대면서 측정하면 된다.

이때 전압이 3.966V 가 나왔다.

전체 전압은 분압된 전압들의 합과 동일하다. 키르히호프공식이라고 하는데 아래의 링크에서 확인이 가능하다.

[ 위키 - 키르히호프의 공식 ]

4.016V = 4.011V (시멘트저항에 걸린 전압) + 배터리 내부에 걸린전압
즉 배터리 내부에 걸린 전압은 4.016 - 3.966 = 0.05V
또다시 옴의 법칙을 이용하면
V = IR 
0.05V = 0.3492A X ?Ω

강하된 전압 = 아까 계산된 전류  X 모르는 저항값
0.05V / 0.3492A = ?Ω
?Ω = 0.143
즉 143mΩ 이다.

6. 끝으로

새 배터리 입장에서 143mΩ 은 생각보다 너무 큰 수치이다.  의심스러운 부분이 여러가지 이지만 일단 시멘트 저항의 정확한 저항값이 측정되었는지 의심스럽다.  이론상 47Ω 저항을 4개 병렬 연결하면 11.75Ω이 나와야 하는데 11.5Ω이면 살짝 의심스럽다.  시멘트 저항 몇개 종류를 따로 주문해 놓은 것이 있는데 이 저항이 배송되면 다시 테스트 해 봐야 겠다. 

"이렇게 계산한 내부 저항값은 참조용이며, 정확한 계산이라고 할 수 없다. "

- 2023-01-30 추가
매번 수동으로 측정하기는 번거로워서 ESP8266을 이용하여 측정 장치를 하나 만들었다. 
아래의 링크에서 확인이 가능하다.

[ ESP8266으로 18650 배터리 내부저항을 측정하자 ]