안녕하세요!! 드린이입니다 ::))
오늘은 드론 입문자 혹은 초심자를 위한 드론의 비행 원리 5탄입니다. 모든 이동 수단의 기본 힘이라고 할 수 있는 에너지원 즉, 배터리에 대한 내용을 포스팅하겠습니다.
배터리를 사용하는 이유?
우리가 일반적으로 드론을 비행할 때 기체의 중량과 배터리 용량에 따라 비행시간이 결정됩니다. 하지만 드론 애호가라면 한 번쯤은 배터리가 아니라 내연기관, 즉 엔진으로 만든다면 더 장시간 비행이 가능할 것 같다는 생각을 해봤을 텐데요. 일단 드론의 동력기관에 내연기관이 아닌 배터리를 사용하는 이유는 크게 두 가지 이유가 있습니다. 우선 기체의 무게를 가볍게 하기 위함입니다. 기체의 무게는 비행시간과 밀접한 관계이죠. 두 번째는 소음을 줄이기 위함입니다. 내연기관에 비해 배터리를 사용하면 소음이 상당히 줄어들어 다양한 분야에 드론을 사용하기에 상당히 유리합니다.
배터리의 종류
배터리의 종류는 충전 가능 여부에 따라서 1차 전지와 2차 전지로 나눌 수 있습니다. 한번 사용하면 그 수명을 다하여 폐기해야 하는 배터리가 1차 전지입니다. 우리가 일상생활에서 흔히 사용하는 듀라셀, 에너자이저, 벡셀 등이 건전지 대부분이 1차 전지입니다. 1차 전지는 자기 방전이 적어서 오래 두어도 용량이 줄지 않고, 무게가 가볍고 가격이 저렴한 장점이 있습니다. 하지만 비교적 용량이 적고 내부저항이 큰 단점이 있습니다.
1차 전지와 반대로 한번 사용하고 다시 충전하여 재사용 가능한 배터리를 2차 전지라고 합니다. 실사용 예로 자동차에 사용되는 ‘납 축전지’, 휴대용 전자기기나 장난감 등에 알카라인 전지 대신 주로 사용되는 ‘니켈-카드뮴 전지’, 캠코더 등에 사용되는 ‘니켈-수소 전지’, 스마트폰에 사용되는 ‘리튬-이온 전지’, 초경량 노트북 드론, 스마트폰 등에 사용되는 ‘리튬-폴리머 전지’ 등이 있습니다.
2차 전지별 특성
주로 사용되는 2차 전지의 종류는 리튬 폴리머(Li-Po), 니켈 카드뮴(Ni-Cd), 니켈 수소(Ni-Mh) 그리고 리튬 이온(Li-ion)이 있습니다. 각 배터리의 주요 특성을 살펴보면 아래와 같습니다.
리튬 폴리머(Li-Po)
리튬 폴리머(Li-Po) 배터리는 용량 대비 무게가 비교적 가벼우며, 별도의 견고한 케이스가 필요 없습니다. 또 자연 방전율이 낮으며 배터리 내부의 전해질이 젤 형태로 구성되므로 다양한 크기와 형태로 제작이 쉽습니다. 또, 제조공정이 리튬-이온(Li-ion) 보다 쉬워서 대량생산 및 대형배터리 제조 가능합니다. Cell(셀) 당 적정 전압은 3.7V이며 메모리 효과는 없습니다.
니켈 카드뮴(Ni-Cd)
니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리는 용량 대비 무게가 비교적 무겁습니다. 자연 방전율은 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리와 마찬가지로 낮으며 전기적으로나 기계적으로 내구성이 우수하여 수명이 길고 안전하며 보전이 수월한 장점이 있지만, 메모리 효과가 있습니다. 주로 터널의 안전등, 열차 점등용, 통신 전원, 전기차 동력으로 사용됩니다. Cell(셀) 당 적정 전압은 1.2V입니다.
니켈 수소(Ni-Mh)
니켈 수소(Ni-Mh) 배터리는 용량 대비 무게가 비교적 무거우며 자연 방전율이 비교적 높습니다. 또, 기온 강하 시 급격한 기능 저하 현상이 있으며 충•방전 사이클이 길어서 500회 이상 가능합니다. 니켈 수소(Ni-Mh) 배터리는 주로 캠코더, 노트북 등에 사용됩니다. Cell(셀) 당 적정 전압은 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리와 마찬가지로 1.2V이며 메모리 효과는 없습니다.
리튬 이온(Li-ion)
리튬 이온(Li-ion) 배터리는 용량 대비 무게가 비교적 가볍지만 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리와 다르게 별도의 견고한 케이스가 필요합니다. 또 자연 방전율이 낮으며, 에너지의 밀도가 크지만, 배터리의 수명은 2~3년으로 500회 이상 충전 시 배터리의 성능이 급격히 떨어지게 됩니다. 또, 높은 온도에서는 폭발의 우려가 있습니다. Cell(셀) 당 적정 전압은 4.2V이며 메모리 효과는 없습니다.
꿀팁!!
메모리 효과?
메모리 효과는 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전과 방전을 반복하면 최대 용량이 줄어드는 현상을 이야기합니다. 우리가 사용하는 배터리의 종류를 정확히 파악하여 잘 사용한다면 소모품인 배터리의 수명도 연장 가능하겠습니다.
드론 배터리의 조건
1. 매우 높은 순간 전류 출력 가능. (고속의 모터 회전 조절을 위해)
2. 크기에 비해서 가벼워야 한다. (무게에 따라 비행시간 결정)
3. 온도 변화에 크게 영향을 받지 않아야 한다. (주로 외부에서 사용하기 때문)
4. 방전 시 최대 전압과 최소 전압의 차이가 작어야 한다. (안정적인 비행을 위해)
배터리 정보 확인
1. Cell 연결 개수 표기 : 직렬연결 수를 S(Serial, 직렬)자로 표기
- 6S는 6개를 직렬로 연결했다는 표시이고 1P(Perallel, 병렬)는 병렬로 연결되어 있다는 표시
2. Cell의 수와 전압 : 1Cell당 정격전압은 3.7V(볼트)로 6개를 직렬과 연결했을 때 22.2V(3.7Vⅹ6)
- 각 셀의 전지는 3.3V(최소)~ 4.2V(만충)의 전압을 유지해야 한다. 3.3V 이하에서는 급격히 떨어져 영구적으로 배터리를 사용하지 못할 수 있다
3. 배터리 용량(전류량) : Ah(암페어), mAh(밀리암페어)로 표시(1Ah = 1,000mAh)
- 10Ah는 10Ah로 1시간을 사용하거나 1Ah로 10시간을 사용할 수 있다는 것임
- 22,000mAh는 22Ah의 전류를 1시간, 11Ah의 전류는 2시간 공급할 수 있다는 의미 (모터가 40Ah를 소모한다면 약 33분 정도 운용 가능)
4. 배터리 방전율 : 배터리 표면에 15C, 25C, 50C로 표시되어 있다
- 25C는 순간적으로 배터리 용량의 25배를 방출할 수 있다는 것을 의미함
- Cont 25C는 연속방전율을, Burst 50C는 순간 최대방전율을 의미. C가 하나만 있으면 순간 최대방전율을 의미한다.
- 방전율이 무조건 높다고 좋은 것은 아니며, 그만큼 배터리 수명이 짧아진다는 의미
5. 배터리 출력 : 방전율 값(C)과 전류량(배터리 용량)을 곱하여 배터리의 출력 산출 가능
- 25Cⅹ22Ah(22,000mAh) = 550W(배터리 출력)
오늘 포스팅에서는 드론의 에너지원 배터리에 대해서 알아보았습니다. 다음 포스팅은 드론에 사용되는 배터리에 대한 포스팅을 예고해 드리며 오늘의 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
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