3s, 4s 어떤 배터리를 사용해야 하는 거죠?
FLIGHT LOG
인생을 살아가려면 소소한 것에서 중대한 것까지 선택해야 할 것들이 무척 많습니다. 그런데 취미로 시작하려는 레이싱 드론은 안 그래도 복잡한 인생에 더 많은 선택을 강요합니다. 살면서 무언가 공부한다는 것은 이런 선택들의 나름의 근거를 찾는 과정 중에 하나입니다.
레이싱 드론에 사용되는 배터리의 종류도 이런 선택들 중에 하나 입니다. 보통은 처음 입문하는 사람들에게는 3s 배터리를, 그리고 나서 익숙해 지면 4s 배터리로 바꾸어도 늦지 않다고 합니다.
배터리를 구성하는 기본 셀의 숫자를 의미하는 3s와 4s의 차이는 전압입니다. 1개 셀이 만들어 내는 전압은 최대 4.2v이기 때문에 직렬로 연결되어 있는 리튬폴리머 배터리는 3s는 최대 12.6v를 4s는 최대 16.8v의 전압을 만듭니다. 이런 전압의 차이는 드론의 모터 최고 속도에 관여합니다. 예를 들어 2600kv 모터를 가진 레이싱 드론에
- 3s 배터리를 사용하면 최고 모터 회전 속도는 2600kv x 12.6v = 32,760 rpm
- 4s 배터리를 사용하면 최고 모터 회전 속도는 2600kv x 16.8v = 43.680 rpm
으로 25% 더 높은 속도로 회전을 합니다. 4s 배터리는 더 무겁기 때문에 정확하게 25% 출력이 상승한다고 이야기 하기는 어렵지만 처음 레이싱 드론을 접하는 사람에게 25%의 출력 상승은 드론이 온몸으로 접근을 거부하는 듯한 인상을 받게 됩니다. 그래서 보통은 3s를 추천하고는 하죠. 그리고 어느 정도 익숙해지면 4s로 변경하면 된다고 합니다.
그런데 3s에서 4s로 배터리만 바꾸면 되는 문제가 아닙니다. 고려해야 하는 부품은 크게
- ESC
- Motor
- FPV 카메라
- 영상 송신기
입니다. 최근에 출시되는 ESC와 Motor는 대부분 4s도 지원해서 고민이 없지만 FPV 카메라와 영상 송신기의 경우는 4s에서 동작하지 않는 경우가 있어 추가로 BEC를 설치해야 하는 경우도 있습니다.
3s에서 4s로 개조하기 위해 추가로 BEC를 설치했습니다
BEC (Battery Eliminator Circuit)
기체를 개조하는 데는 그다지 비용이 들지 않지만 배터리는 비용은 만만하지 않습니다. 레이싱 용을 많이 사용되는 1500mAh 용량의 4s 배터리는 4만원, 4개만 구입해도 16만원이란 취미론 부담스러운 가격이 가계를 위협하게 되니까요. 남은 3s을 4s로 개조하는 방법도 있지만 셀은 일반 인두로는 연결이 되지 않아 별로 권할 만한 방법은 못됩니다.
그래서 최근에는 처음부터 4s를 추천합니다. 하지만 완구용 드론으로 아무리 연습을 한사람도 4s는 무시무시한 출력에 압도당합니다. (5s나 6s도 있지만 저는 지금도 4s가 무섭습니다.) 그래서 소프트웨어로 제어되는 드론은 몇가지 설정을 변경해서 3s 출력으로 변경할 수 있습니다.
조종기의 스로틀을 변경하는 방법
조종기는 스틱이 움직이는 양을 드론으로 전송해서 모터를 움직이게 합니다. 만약에 드론의 스틱이 움직이는 양보다 작은 양의 정보를 드론으로 보내 주면 4s를 가진 드론도 3s 드론처럼 움직이게 됩니다.
[조종기에서 스로틀 입력 값을 조종합니다. From Johsua Barwell vlog]
Weight는 스로틀의 기울기입니다. 숫자를 낮추면 기울기가 낮아져 스틱을 올리는 것에 정비례해지지 않게 됩니다. 하지만 이것 만으로는 스틱을 완전히 내려도 0되지 않기 때문에 전체적인 그래프를 아래로 내려주어야 합니다. offset -25는 스틱을 완전히 아래로 내렸을 때 조종기의 출력 값이 0이 되도록 만들어 줍니다.
Filght Controller로 출력을 변경하는 방법
조종기에서 설정하는 것도 결국 소프트웨어에서 값을 변경하는 것이니까 Cleanflight나 Betaflight에서도 출력의 한계를 정할 수 있지 않을까요?
예를 들어 Max Throttle인 2000을 더 높여서 2000이 최고 값의 25%정도 낮게 만드는 것이죠
Max Throttle은 조종기의 신호 값이 해당 숫자에 오를 때 최고 속도를 설정하는 기능입니다. 그러니 만약 2000이었을 때 최고 값보다 25% 낮은 그러니까 75%가 되도록 숫자를 바꾸면 어떨까요? 그러니까 대략 2666 정도로 말이죠.
하지만 아쉽게도 Betaflight는 이 숫자를 2000이상 올리지 못하도록 만들었습니다. 그럼 소스코드로 들어가서 이 한계를 풀어버릴까 하다가 Motor Mixer에 생각이 미칩니다.
Motor Mixer는 각각의 모터가 해당 동작에서 어떻게 회전해야 하는지 설정하는 방법입니다.
mmix [motor number] [throttle] [roll] [pitch] [yaw]
요즘은 거의 쓰이지 않지만 기체의 움직임을 전후 좌우로 동일한 회전속도를 만들기 위해 일부 모터의 회전에 한계를 주는 방법으로 많이 사용되었습니다. 이 한계를 이용하면 4s의 출력을 3s의 출력으로 낮출 수 있을 것입니다.
CLI창에서 확인하고 변경이 가능한데 원래는
mmix 0 1 -1 1 -1
mmix 1 1 -1- 1 1
mmix 2 1 1 1 1
mmix 3 1 1 -1 -1
이렇게 되어 있지만 1이 최대값이니까 25% 출력을 낮추려면 대신 0.75를 입력해 주면 됩니다.
mmix 0 0.75 -0.75 0.75 -0.75
mmix 1 0.75 -0.75- 0.75 0.75
mmix 2 0.75 0.75 0.75 0.75
mmix 3 0.75 0.75 -0.75 -0.75
그리고 나서는 CLI에 save를 쓰는 것을 잊지만 않으면 되지만 여기까지 생각을 정리하니 애초의 처음 드론을 입문하는 분에게 소개하는 팁과는 아주 멀어져 버렸습니다.
좀 더 이해하기 쉽게 출력을 줄이는 방법
그렇습니다. 애초부터 조종기의 스틱을 조금만 움직이면 됩니다. 그게 잘 안되니까 3s를 쓰는 거지 반문하면 억지로 조종기의 스틱 움직임을 막으면 됩니다.
고정익 RC 비행기에서는 입문자를 위해서 이 방법이 많이 사용되었다고 합니다 From Flitetest
플라스틱 판을 잘라서 만들거나, 나무 합판도 좋고, 3d 프린터로 출력하는 고급 기술을 사용해도 됩니다. 이렇게 스틱의 움직임에 제한을 두면 출력도 그만큼 제한이 생기게 됩니다.
이제 누구를 위한 팁인지 무엇을 위한 팁인지 배는 산으로 가버렸지만 여튼 처음 레이싱 드론에 도전하시는 분들에게 당당히 4s을 권할 수 있게 되었습니다. 왜 4s를 사용해야 하냐고 물으시면....
그게 돈을 더 아낄 수 있어요.
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