자동차 배터리를 교환한지 3년이 경과한 상황에서 자동차 배터리의 구입 및 교환 전에 배터리에 관한 정보를 정리하고자 이 글을 씁니다. 먼저 15년차에 접어든 삼공이(i30 FD)를 소개합니다. 지난 배터리 교환 정보를 체크해보니, 2020년 10월 25일에 시동이 안걸리는 증상으로 보험 견인서비스를 불러 배터리를 교체했습니다.

그러다 문득 DIY로 배터리 교체가 쉬울까? 싶은 마음에 천천히 배터리에 대해 공부합니다.

자동차 배터리의 원리


우리가 내연기관이라고 말하는 엔진달린 자동차의 대부분은 엔진의 첫 점화를 위해 크랭크샤프트와 연결된 톱니에 위와 같은 스타트 모터를 맞물려 회전을 시킵니다. 이 때 만일 겨울철에 배터리가 일부 방전된 상황이라면 배터리가 모터로 흘려야할 전류가 부족해 스타트 모터에 시동에 필요한 만큼의 토크가 걸리지 못할 가능성이 있습니다. 배터리의 가장 큰 존재 이유가 시동을 걸기 위함이기 때문에, 적정한 주기(거리 및 사용년차 등)에 따라 배터리를 교환해야합니다.

자동차 배터리의 충방전 원리

우리가 사용하는 자동차 배터리는 납 축전지로 꽤 오랜 역사를 가지고 있습니다. 과산화납 재질의 양극과 일반 납 소재의 음극, 그리고 전류를 흐르게할 비중 1.2정도의 묽은 황산용액을 전해액으로 사용합니다. 총 6개의 셀로 이루어져있으며, 각 셀당 2V의 전압을 갖고 있습니다. 

양극에서 과산화납과 황산의 각 이온들과 전자가 결합해 황산납과 물이 만들어지며,
음극에서는 납과 황산의 양이온과 결합해 황산납과 수소이온, 그리고 양극에 전달할 전자가 만들어집니다. 결론적으로 양극과 음극이 황산납으로 변해가는 과정에서 물과 2.05V의 전압이 생성됩니다. 이런 셀 6개를 직렬로 연결하면 12V 전압을 갖는 자동차용 납축전지가 됩니다.

만일 일정 전압 이하로 과도하게 방전되면 배터리 내부 충격으로 수명 단축의 원인이 되기 때문에 통상 방전은 10.5V, 셀당 1.75V를 완전방전으로 보고 있습니다.

자동차가 운행됨에 따라 제너레이터를 통해 다시 충전이 되기 시작하며, 방전과정과 반대로 양극과 음극에서 다시 과산화납과 납전극으로 돌아가게 됩니다. 


이 과정에서 배터리의 상단 라벨과 인디케이터를 보면 황산의 비중을 통해 초록색, 검정색, 흰색을 나타내게 되는데, 전해액의 비중을 이용한 표시방법이기 때문에 초록색과 검정색은 충전 상태를 알려준다고 보시면 됩니다. 다만 흰색으로 나타날 땐 전해액의 수위자체가 낮아진 상태기 때문에 배터리를 교환해야할 시기를 나타냅니다.

MF배터리 vs AGM배터리 vs EFB배터리

차량용 배터리는 현재 MF배터리가 점차 줄고, EFB배터리와 AGM배터리가 증가추세에 있습니다. 근래에 많이 쓰이는 공회전 제한장치(일명 ISG 혹은 오토스탑)가 탑재되지 않은 차량에는 대부분 MF배터리를 사용합니다. 그리고 ISG가 장착된 차량들은 잦은 충방전으로 인해 시동에 문제가 생기는 것을 방지하기 위해 AGM배터리나 EFB배터리를 사용합니다.

MF배터리는 Maintenance Free의 약자로 전해액의 보충없이 수명이 다하면 배터리 전체를 교환하는 방식의 배터리를 말합니다. 보통 자동차 배터리 상단에 MF라는 명칭이 들어가거나 따로 AGM이나 EFB같은 단어가 들어가지 않은 라벨이 많습니다.

AGM배터리는 환경규제가 강화됨에 따라 ISG기능을 많은 자동차 업체에서 채택함에 따라 배터리의 충방전 효율과 수명을 늘리고자 채택한 방식입니다. Absorbent Glass Mat, 즉 유리섬유매트를 격리판으로 사용한 배터리로 MF배터리의 진보된 형태라고 보시면 좀 더 이해하시기 쉬울 것 같습니다. 유리섬유매트를 통해 혹시라도 있을 황산의 누액을 줄이고, 사용기간 중의 전해액 감소를 방지할 수 있습니다. 일반적으로 AGM배터리는 MF배터리보다 수명이 길고, 충방전 및 저온시동 성능이 상대적으로 좋다고 알려져 있습니다.

EFB배터리는 MF배터리와 AGM배터리의 중간 포지션에 위치해 있습니다. AGM이 고급차에 들어가는 ISG용 배터리라면, EFB는 보급형 ISG용 배터리라고 볼 수 있습니다. Enhanced Flooded Battery의 약자로 MF 대비 강화된 액상 배터리입니다. AGM에 들어간 유리섬유매트보다 저렴하지만 MF보다 괜찮은 저저항 격리판을 채택해 충방전에 강점이 있고, 각 극판의 크기를 변화시키는 등, MF 대비 성능을 높인 각종 기술이 들어간 배터리를 일컫습니다. 

쉽게 말해, ISG가 없는 일반 차량이라면 MF배터리가 일반적인 선택입니다. ISG가 있는 차량은 EFB와 AGM배터리 중에서 선택하게 되는데, 입문용 혹은 보급형 차량에는 EFB배터리가 순정으로 탑재되어 있으며, 고급형 차량 및 디젤에는 AGM배터리가 순정으로 탑재되어 있습니다.

배터리 구매를 위한 준비과정 완료

사실 운전석 윈도우 교체하는 것보다 어렵진 않은, 쉬운 DIY라고 생각하기 때문에 배터리 교환에는 큰 문제가 없을 것이라 생각합니다. 접지되어있는 (-)극만 먼저 빼고, (+)극빼고, 복스알로 풀었다가 교체하고 조이고...역순으로 진행하는 일이기 때문에 부담없이 배터리 오면 교환을 진행해보겠습니다.