배터리 전선 길이와 전압 강하: 길이·굵기는 어떻게 정할까?

배터리 전선은 조립에 필요한 길이를 확보한 뒤, 허용 전압 강하와 전류에 맞춰 굵기를 정해야 합니다. 전압 강하는 +선과 −선의 저항을 합쳐 계산합니다. 평균전류뿐 아니라 모터 시작이나 통신 순간의 피크전류도 확인해야 합니다.

이 글은 소형 기기에 사용하는 리튬이온·리튬폴리머 배터리의 전원 배선을 기준으로 설명합니다.

핵심 내용

• 같은 재질과 굵기라면 전선이 길수록 저항과 전압 강하가 커집니다.
• +선이 100mm이고 −선도 100mm라면 계산 길이는 총 200mm입니다.
• AWG 숫자가 작을수록 도체는 굵습니다. 피복을 포함한 외경과는 다릅니다.
• 전선의 허용 발열과 기기의 허용 전압 강하는 별도로 확인해야 합니다.
• 굵은 전선을 선택해도 커넥터 단자에 맞지 않으면 사용할 수 없습니다.
• 최종 배선은 낮은 잔량과 실제 피크 부하 조건에서 검증해야 합니다.

1. 배터리 전선 길이가 길어지면 전압은 왜 떨어질까요?

전선에는 저항이 있습니다. 전류가 흐르면 그 저항에 따라 전압이 떨어지고 열이 발생합니다.

기본 관계는 다음과 같습니다.

전압 강하(V) = 전류(A) × 저항(Ω)

전선 저항(Ω) = 단위 길이당 저항(Ω/m) × 도체 총길이(m)

같은 전선을 두 배 길게 사용하면 저항도 약 두 배가 됩니다. 같은 전류에서는 전압 강하도 약 두 배가 됩니다.

반면 전류가 두 배가 되면 저항이 같아도 전압 강하는 두 배가 됩니다. 이 때문에 평소에는 정상인 기기가 모터 시작이나 무선 전송 순간에 꺼질 수 있습니다.

다만 전압 강하의 원인이 항상 전선인 것은 아닙니다. 커넥터, 압착부, PCM과 PCB 패턴도 저항을 만듭니다. 배터리 자체의 부하 시 전압 변화도 별도로 존재합니다.

연결부의 영향을 구분하려면 배터리 단자 접촉 저항과 전압 강하의 관계를 함께 확인하세요.

2. 배터리 전선 길이 계산에는 +선과 −선을 모두 포함하세요

배터리에서 기기로 전류가 흐르고 다시 돌아오는 경로를 계산해야 합니다.

+선과 −선의 굵기와 길이가 같다면 다음과 같습니다.

전선 총저항 = 단위 길이당 저항 × 한쪽 전선 길이 × 2

예를 들어 빨간선 50mm와 검은선 50mm를 사용하면 계산상 총길이는 100mm입니다.

두 전선의 길이나 굵기가 다르면 각각 계산해 더합니다.

총저항 = +선 저항 + −선 저항

연장 케이블이 있다면 그 길이도 포함해야 합니다. 중간 커넥터와 접속부의 저항은 전선 길이와 별도로 더합니다.

배터리 도면의 전선 길이와 계산 길이는 다를 수 있습니다

발주 도면의 ‘전선 길이 50mm’가 무엇을 뜻하는지도 확인하세요.

셀 출선부부터 하우징 끝까지인지, 전선 절단 길이인지에 따라 실제 도체 길이가 달라집니다. 정밀 계산에는 도체 경로를 사용하고, 생산 도면에는 측정 기준점을 명확히 표시해야 합니다.

3. 배터리 전선 굵기 AWG는 어떻게 비교할까요?

AWG는 도체 크기를 나타내는 규격입니다. 숫자가 작을수록 도체가 굵고, 같은 길이에서 저항이 낮아집니다.

아래 표는 약 20℃의 구리 도체를 기준으로 한 초기 계산용 대표값입니다.

구리 도체의 AWG별 저항 자료를 단위 환산하고 반올림한 값입니다. 실제 연선은 소선 구성, 도금, 도체 재료와 공차에 따라 다를 수 있습니다. 최종 계산에는 구매할 전선의 데이터시트를 사용하세요. Ness Engineering 구리 도체 저항 자료

배터리 전선 외경만 보고 AWG를 판단하지 마세요

같은 AWG라도 피복 재료와 두께가 다르면 외경이 달라집니다.

반대로 겉보기에는 굵어도 도체가 굵다는 뜻은 아닙니다. 다음 항목을 구분해서 확인하세요.

• 도체의 AWG 또는 단면적
• 도체 재료
• 소선 구성
• 피복 재료와 외경
• 지정 온도에서의 도체 저항

전선 제조사 사양서도 도체 규격, 피복 외경과 저항을 별도 항목으로 표시합니다. Alpha Wire 제품 사양서

4. 배터리 전압 강하 계산 예시: 길이와 굵기의 차이

다음은 1.5A가 흐르는 조건의 설명용 계산입니다. 앞의 구리 도체 대표 저항값을 사용했습니다.

커넥터, 압착부, PCM, PCB와 배터리 내부의 전압 강하는 포함하지 않았습니다.

AWG 26을 각 50mm에서 150mm로 늘리면 전선 저항과 전압 강하가 세 배가 됩니다.

같은 150mm 길이에서는 AWG 24가 AWG 28보다 저항이 낮습니다. 하지만 이 표만으로 AWG 24가 항상 정답이라고 판단할 수는 없습니다. 단자 적용 범위와 조립 공간도 맞아야 합니다.

짧은 배터리 전선에서는 다른 연결부가 더 중요할 수 있습니다

전선이 짧고 부하가 작다면 길이 변경의 효과도 작을 수 있습니다.

반면 접촉 불량이나 불량 압착부는 짧은 배선에서도 큰 전압 강하를 만들 수 있습니다. 따라서 기기가 꺼진다고 전선부터 바꾸기보다, 손실이 발생하는 위치를 측정하는 편이 정확합니다.

5. 배터리 전선 굵기는 허용 전압 강하에서 역으로 정하세요

‘1A에는 몇 AWG’처럼 전류 하나만으로 굵기를 정하면 필요한 조건을 놓치기 쉽습니다.

다음 순서로 검토하세요.

1. 조립에 필요한 전선 길이를 정합니다.
2. 낮은 잔량과 피크 부하에서 배터리 팩 출력 전압을 확인합니다.
3. 기기의 최소 입력 전압을 확인합니다.
4. 오차와 변동을 위한 설계 여유를 남깁니다.
5. 남은 전압 차이를 배선과 연결부에 배분합니다.

배터리 배선의 전압 강하 예산 계산

다음은 가상 조건입니다.

외부 배선 경로에 배분할 수 있는 전압 강하는 다음과 같습니다.

3.20 − 3.00 − 0.05 = 0.15V

따라서 외부 경로의 저항 예산은 다음과 같습니다.

0.15V ÷ 1.5A = 0.10Ω

여기에 전선뿐 아니라 커넥터, 압착부와 기기 입력까지의 PCB 경로가 포함됩니다.

연결부와 PCB가 이미 0.06Ω을 사용한다면 전선에 남는 저항 예산은 0.04Ω입니다. 앞의 AWG 26·각 150mm 예시는 약 0.0402Ω이므로 경계 수준이며, 온도와 공차를 고려한 여유가 부족합니다.

이 경우에는 전선 단축, 굵기 변경 또는 연결부 개선을 검토해야 합니다.

배터리 팩 출력 전압은 무부하 전압이 아니라 해당 부하에서의 값이어야 합니다. 이미 팩 출력에서 측정했다면 그 앞쪽 셀과 PCM의 전압 강하를 다시 빼지 않습니다.

6. 배터리 전선 발열과 피크전류는 따로 확인해야 합니다

전선의 손실 전력은 다음 식으로 계산합니다.

손실 전력(W) = 전류² × 저항

같은 저항에서 전류가 두 배가 되면 손실 전력은 네 배가 됩니다.

하지만 손실 전력만으로 전선 표면 온도를 바로 계산할 수는 없습니다. 피복, 길이, 배선 묶음과 외함 내부의 열 조건이 영향을 줍니다.

짧은 피크도 기기 전원에는 영향을 줄 수 있습니다

짧은 전류 피크는 평균 발열을 크게 높이지 않을 수 있습니다. 그래도 순간 전압 강하로 기기가 재시작될 수 있습니다.

모터나 통신 회로에서는 피크 크기뿐 아니라 지속 시간과 반복 간격을 기록하세요. 전류 변화가 매우 빠르면 저항 외에 배선 인덕턴스와 전원 회로 응답도 영향을 줄 수 있습니다.

입력 커패시터가 일부 과도 부하에 도움이 될 수는 있습니다. 다만 용량만 늘리면 해결된다고 가정하지 말고 충전 돌입전류, ESR과 회로 안정성을 함께 검토해야 합니다.

7. 배터리 전선을 굵게 바꾸기 전에 커넥터 단자를 확인하세요

굵은 전선은 저항을 줄일 수 있지만 모든 커넥터에 넣을 수는 없습니다.

압착 단자는 적용 가능한 도체 크기와 절연 외경이 정해져 있습니다. 맞지 않는 전선을 억지로 압착하면 전기적 연결과 기계적 유지력이 불안정해질 수 있습니다.

전선을 굵게 바꿔도 커넥터, PCM이나 셀의 허용 전류가 자동으로 높아지지는 않습니다.

부품 조합은 JST와 Molex 배터리 커넥터의 피치·극성·정격전류 선택 기준과 함께 확인하세요.

8. 배터리 전선 길이는 조립과 움직임을 고려해 정하세요

전압 강하만 보면 짧을수록 유리합니다. 그러나 너무 짧으면 조립할 때 전선을 당기게 됩니다.

그 힘이 셀 탭, 연결부나 PCB 커넥터에 전달되면 신뢰성이 떨어질 수 있습니다.

반대로 여유 길이가 지나치면 외함 안에서 전선이 겹치거나 눌릴 수 있습니다.

최소 굽힘 반경도 전선 구조에 따라 다릅니다. 모든 전선에 같은 값을 적용하지 마세요. 움직이는 배선이라면 고정 배선과 다른 반복 굽힘 검토가 필요합니다.

배선 경로와 작업 공간은 배터리와 PCB 배치에서 확인할 간격·고정 조건을 함께 참고할 수 있습니다.

9. 배터리 전선 전압 강하는 실제 부하에서 어떻게 측정할까요?

배터리 팩 출력과 PCB 입력의 전압을 같은 부하 조건에서 비교하면 외부 공급 경로의 손실을 확인할 수 있습니다.

외부 경로 전압 강하 = 팩 출력 전압 − PCB 입력 전압

두 전압은 각각 해당 위치의 +와 − 사이에서 측정합니다. 부하가 변한다면 동시에 측정해야 비교가 정확합니다.

이 결과에는 측정 지점 사이의 전선과 연결부 손실이 포함됩니다. 전선만의 손실이 필요하다면 커넥터와 압착부를 구분해 추가 측정해야 합니다.

저항계로 배터리가 연결된 회로를 직접 측정하지 마세요. 전원이 있는 상태에서는 부하 시 전압 강하 측정으로 확인하고, 시험용 지그와 적절한 절연을 사용해야 합니다.

순간 파형을 측정할 때는 장비의 접지 구조도 확인하세요. 접지된 오실로스코프의 접지 클립을 서로 다른 전위에 연결하면 단락을 만들 수 있습니다.

10. 배터리 전선 발주 사양에는 길이·공차·측정 기준을 적으세요

계산이 끝나면 결과를 재현 가능한 가공 사양으로 바꿔야 합니다.

배터리 후보는 리튬폴리머 배터리 모델과 제품 사양에서 비교할 수 있습니다.

선정한 셀에 배선 변경이 필요하다면 기구 도면과 부하 파형을 바탕으로 전선 길이·굵기·커넥터를 지정하는 배터리 맞춤 제작을 협의하세요. 길이 변경과 함께 단자 적합성 및 완제품 출력 조건도 확인해야 합니다.

배터리 전선 길이와 전압 강하 FAQs