사랑의 배터리
드론 배터리를 효율적으로 관리해 보자
자!! 원초적인 질문부터 시작해보겠습니다. 드론이 최근 십여 년 사이에 왜 이렇게 발전하고 우리의 일상생활 속으로 깊숙이 들어올 수 있도록 발전한 이유가 무엇일까요?
드론 발전의 역사는 전쟁의 역사라고 말할 수 있습니다.
사진=http://weeklybiz.chosun.com
전쟁용이었던 드론이 2000년 후반부터 드론이 일상생활속으로 이렇게 깊숙이 들어온 가장 큰 요인중의 하나가 배터리 기술의 발달이 굉장한 역할을 했다고 감히 말할 수 있습니다.(물론 다른 기술의 발전 덕도 있겠습니다.)
잘 아시다시피 십년도 더 이전에 RC 비행기를 날리는 분들을 주변 에서 가끔 볼 수 있었습니다. 사진=http://www.lgblog.co.kr
정말로 드문 취미였습니다. 우선 비용이 많이 들었기 때문이었습니다. 그렇게 비쌌던 이유는 몇가지 이유가 있지만 기체에 엔진이 들어갔던 것도 큰 이유였습니다.
사진=www.helinet.co.kr
프로펠러를 돌리기 위해 엔진과 연료를 이용했기 때문에 기체의 구조가 굉장히 복잡해지고, 유지 관리하기도 어려웠습니다. 그 덕분에 RC비행기를 취미로 하는 사람들도 소수였으니 관련 비용은 꽤 비쌌고. 여유있는 분들만의 취미라는 인식이 강했습니다.
그러다가 2000년 중반부터 스마트폰의 발전과 함께 소형 배터리 제작 기술이 비약적으로 올라왔습니다. 그 덕에 배터리는 하루가 다르게 소형화 되었고, 소형화 되면서도 성능은 계속해서 향상되었습니다. 결국 RC비행기의 엔진을 대체할만한 수준에 도달해 드디어 드론에 리튬폴리머 배터리를 장착할 수 있게 되면서 군사용에서 민간용으로 자연스럽게 들어오게 되었습니다.(물론 몇가지 다른 요인도 있지만 배터리만으로 한정한 저의 개인적인 의견입니다. )
우리의 일상으로 드론을 한껏 선물해 준 배터리.. 오늘은 드론 배터리에 대해서 이야기 해보고자 합니다. 여기까지 읽으신 분들중 이런분도 있겠죠...배터리! 쓰면 충전하면 되는거지.. 비행기술, 기타 기능 익히기도 벅찬데 그거까지? 하는 분들도 있으실 것 입니다.
네.. 맞습니다. 배터리가 떨어지면 충전하면 되고 충전이 끝나면 끼우고 날리기만 하면 됩니다.
하지만 배터리 문제로 추락하게 되는 케이스가 꽤 많다는 걸 알게 되시면.. 드론 배터리에 대한 이해는 드론을 날리는 사람들의 상식 이라는 것을 금방 깨닫게 될 것 입니다.
자 그럼 시작해보겠습니다. 일단 배터리의 종류부터 알아볼까요?
배터리 하니 홍진영의 ‘사랑의 배터리’가 제 머릿속에 떠오르는건 무슨이유일까요.. ^^
드론을 접해보지 않은 분들은 아래 배터리(건전지)가 먼저 떠오를겁니다. 망간, 알카라인, 니켈수소, 리튬이온 배터리 정도가 먼저 떠오를겁니다.
하지만 우리가 알고 있는 일반적인 배터리로는 드론을 띄울수가 없습니다. 그 이유가 뭘까요? 드론개발시 기체 무게가 아주 중요한 고려 사항입니다. 당연히 무거울수록 비행시간이 줄어들기 때문이죠. 위에서 열거한 우리가 알고 있는 일반적인 배터리도 많은 양을 탑재한다면 원하는 출력을 낼 수 있겠지만, 배터리 자체 무게로 인해 드론을 띄우기가 거의 불가능 합니다.
그래서 2차전지인 리튬폴리머라는 배터리를 드론에 주로 사용하게 됩니다.
리튬폴리머, 리튬페라이트, 리튬이온 배터리들이 효율이 좋지만, 이중에서도 리튬폴리머 배터리(일명 리포배터리)가 에너지 효율과 출력이 좋고 무게도 가벼워서 레이싱 드론, 일반 상용 드론에 많이 사용이 되고있으며 리튬페라이트 배터리와 리튬이온 배터리는 조종기와 고글에 주로 사용되고 있습니다.
그럼 오늘의 주인공인 리튬 폴리머(이하 ‘리포’) 배터리에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
위의 사진을 보면 조그마한 셀들이 4개가 있습니다.셀이란 배터리의 단위 표시라고 이해하시면 됩니다. 한 개의 셀은 3.7V의 전압을 가지고 있습니다.리포배터리는 액체 형태인 리튬이온을 고체상태인 젤 형태로 만든 것입니다. 리튬폴리머 배터리는 다른 배터리에 비해 많은 양의 전류를 생성할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리와 다르게 폭발하는 경우는 흔하지 않지만 외부 충격에 의해서 전해막이 파손이 되면 과전류가 발생해 연기와 화재가 발생할 수 있으니 사용할 때 많은 주의가 필요합니다.
또한 높은 전류로 인해 충전중 화재가 발생하는 등 2차피해가 발생할수도 있기 때문에 충전과 비행시 항상 주의를 해야 배터리 상태를 꼼꼼하게 주기적으로 모니터링 하시는게 필수입니다.
셀을 직렬로 세 개를 연결하면 세배의 전압(11.1V), 네 개를 연결하면 14.8V를 가집니다.드로너들이 흔히 부르는 3셀, 4셀 배터리라는 말은 3.7V를 가진 셀이 몇 개가 연결되어있는지를 의미합니다.(표기법은 3S, 4S 등으로 표기합니다.)
전압이 커질수록 출력이 올라가기 때문에 드론에 장착하는 셀의 개수만으로도 드론의 출력을 쉽게 짐작할 수 있습니다.(물론 드론의 힘은 모터 등 다른 요인도 작용합니다. 말 그대로 짐작이 가능하다는 의미입니다.)
제가 레이싱용에 사용중인 배터리입니다.
위 사진에 크게 적힌 1300mAh(milli Ampere hour)의 의미는 1시간을 기준으로 배터리가 낼 수 있는 전류의 총량을 의미합니다. 숫자가 높을수록 사용할 수 있는 전류의 총량이 늘어납니다.
더욱 쉽게 설명하면 mAh는 음료수 페트병의 크기라고 생각하시면 됩니다. 페트병이 크면 클수록 더 많은 물을 담을 수 있는 거라고 생각하시면 됩니다.
요즘에는 보조 배터리를 구매할 때 용량을 보고 사시니깐 이해가 쉬우실 것 같네요.
추가로 드론 배터리에서 관심 있게 보아야할 방전율에 대해서 설명 드리겠습니다. 방전율 하니깐 벌써부터 머리가 아프네요.
방전율은 배터리가 한번에 흘려보낼 수 있는 전류의 양입니다. 쉽게 설명 드리면 페트병의 입구 크기라고 생각하시면 됩니다. 입구 크기가 크면 한꺼번에 많은 물을 흘려 보낼수가 있죠. 우리가 쓰고 있는 휴대전화 배터리는 방전율은 높지가 않습니다.
휴대전화는 배터리 한팩으로 3~4일 동안 천천히 써도 되지만, 드론 배터리는 이 3~4일 동안 쓸 양을 20분 내외로 한꺼번에 쏟아 부을 수 있어야 하기 때문입니다.
이정도 개념만 아시면 드론 배터리에 대한 설명이 대충 끝난거 같네요. 자 그러면..
난 머리가 아프니깐 도대체 어떻게 하란말이야? 라고 물으시는 분들을 위해 배터리 관리법을 마지막으로 쉽게 설명 드리겠습니다.
가장쉬운건 배터리는 해당 배터리 제조사에서 제공하는 정품 충전기만을 사용해 충전하시면 됩니다. (밸런스 충전법, 병렬충전법, 충전기 용량 등 이런 개념도 있기는 한데.. 조금 복잡해지니 쉽게 설명드리겠습니다.)
다음으로 가장 중요한 배터리 관리 방법입니다.
1.화재 위험이 적은 곳에 보관해야 합니다.
DJI에서는 25도 내외의 온도에서 보관 하는 것을 권장합니다.(간단히 실내의 상온에 보관하시면 됩니다.) 안전을 위해 리포배터리 보관용 팩도 나와있습니다. 꼼꼼하신 분은 저렴한 가격에 판매하고 있으니 이것도 이용하면 더욱 좋습니다.
2.충전상태로 절대 장기간 보관하지 않는다.
배터리를 장기간 보관할 때는 40%~60% 만큼만 충전한 상태로 보관하셔야 합니다. 완충 상태로 장기간 보관하게 되면 스웰링 현상이 발생하게 되고, 스웰링 현상이 발생하면 출력에 문제가 생기기 때문에 그 배터리는 절대로 쓰시면 안됩니다.(스웰링이란, 리포배터리 내부의 겔이 기화하면서 부푸는 현상을 말합니다.) 스웰링 현상이 나타난 배터리 사용이 추락의 한 원인이 되기도 합니다.
배터리가 부풀어 오른 모습입니다.
DJI에서 나오는 스마트 배터리들은 완충 상태로 몇 일이 지날 경우 50%까지 자동 방전되도록 설정할 수 있습니다. 꼭 설정해 두시기를 추천드립니다.
3.낮은 온도의 환경에서는 배터리의 성능 저하가 될 가능성이 높습니다.
낮은 온도에서는 배터리의 성능이 떨어지므로 가급적 사용하지 않으시는게 좋고, 부득이 하게 사용해야 한다면 주머니 등에 넣거나, 핫팩으로 온도를 올리는 방법 등으로 배터리 온도를 올려서 사용해 주세요(인스파이어 등에 들어가는 배터리는 자체 발열 기능이 들어있기도 합니다.
인스파이어 등에 들어가는 배터리는 자체 발열 기능이 들어있기도 합니다. 기술이 점점 좋아지네요.
4.배터리 외부에 손상 흔적이 있거나 특이한 냄새가 나는지 자주 확인한다.
이정도로 드론 배터리에 대해서 알아보았습니다. 글을 쓰다보니 더 많은 정보들을 알려드리고 싶은 욕심이 생기지만 초심자부터 이 컬럼을 보실 수 있도록 적당한 선까지만 내용을 작성해보았습니다.
다시 한번 짚고 넘어가면,
배터리 충전기는 항상 정품을 사용한다.
화재위험성이 높은 곳에 보관하지 않는다.
완충상태로 장기간 보관하지 않는다.
낮은 기온에서 배터리 사용은 특히 주의한다
손상흔적이나 특이한 냄새가 나는지 자주 확인한다.
드론 배터리를 충분히 이해하고 사용하신다면 안전한 드론 비행을 하시는데 큰 도움이 될 거라 생각합니다.
WRITER 김준완/아나드론스타팅 필진
드론에 대한 작은 관심으로 시작되어 현재는 드론을 경찰업무에 적용하기 위해 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론 아카데미) 일원으로 경찰 실종자 드론수색업무를 하고 있으며 관련분야 연구를 하고 있습니다.
