드론 배터리기술
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | IT 작성일 : 2018.02.21 14:36:41 조회 : 971 키워드 : 드론,배터리기술,리튬이온배터리,리튬폴리머배터리
(요약/배경) 드론의 장치중에서 가장 핫한 부품이 배터리부품의 기술인 것 같다. 이 드론 배터리기술에 관해 소개해 달라. 향후, 드론사업으로 창업시에 본 배터리기술을 응용하는 사업아이템을 창출하고자 한다.
(리튬이온배터리) 리튬이온 전지는 리튬산화물질로 +극을 만들고, 탄소로 -극의 구조를 가지고 있다. 또한 용량 당 무게가 가벼워 가벼운 무게를 요하는 휴대폰 등에 집중적으로 채택 사용되고 있다. 물론, RC에서도 각광을 받는 것도 가벼운 무게와 긴 방전시간 때문이다. 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않는다. 오히려 조금 쓰고 충전하고 조금 쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과가 있다. 이러한 이유 때문에 리튬이온전지가 Ni-계 전지보다 훨씬 비싼데도 더 수요가 늘어나고 사용자가 많이 찾게 되는 것이다.
그림1. 드론의 리튬이온배터리 및 리튬폴리머배터리
(리튬폴리머배터리) 현재 RC에서 사용되는 전지는 대부분 리튬 폴리머 전지이다. 그러면 리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지의 차이는 무엇일까? 그 차이는 +극과 -극 사이에 들어가 있는 전해질에 따라 다른 것이다. 리튬 이온 전지의 경우는 전해질이 액체로 된 전해액이 들어있다. 문제는 이 전해액은 유기성인데 휘발유보다 더 잘 타는 물질이다. 그래서 폭발의 위험이 있다. 전지 뒤에 딱지에 보면 잔뜩 겁주는 이야기가 바로 그것이다. 리튬폴리머는 바로 이점을 개선한 것이다. 전해액 대신에 고분자물질(폴리머)로 채워서 안정성(Safety)을 높인 것이다. 일반적으로 리튬폴리머 전지는 1셀당 3.7v의 전압이 나오는 것으로 셀을 직렬로 패킹하여 사용하는 것이 보통이다.
(리튬배터리의 충전방법) 리튬 배터리충전 시에는 반드시 리튬 전용전용 충전기를 사용해야한다. 일반 Ni-Cd및 Ni-MH용 충전기는 절대 사용하면 안 된다. 리튬이온배터리는 특성상 충전시작 때 정전류 방식을 사용한다. 따라서, 충전전류를 일정하게 계속 가해주면서 단자전압을 계속 검사한다. 단자전압이 4.2 볼트까지 상승하면 이때부터 정전압 회로를 구동하여 4.2볼트를 유지한다. 그렇게 되면 충전전류가 점점 감소하여 '0' 이 되는 것이다. 따라서 제대로 된 충전기라면 며칠을 그냥 꼽아 두어도 실제 만충전 이후에는 충전되지 않는다. 충전 전압 단전지의 전압이 1.0V이하 일 경우에는 절대로 전지를 충전해서는 안된다.
그림2. 드론의 리튬배터리상의 셀수/용량/방전율의 의미
(리튬배터리의 셀수/용량/방전율) 리튬 배터리의 명목적인 전압은 3.7V임. 7.4V는 2개의 셀을 직렬로 연결(2S) goTeksms 뜻. 따라서 3S는 11.1V가 된다. 배터리의 전압에 따라 드론의 속도가 결정되는 것이 보통이다. 전압은 전기모터의 RPM과 비례한다. (브러쉬리스모터는 KV로 표시되는데. 볼트당 RPM을 뜻함) 예를 들어 3500KV짜리 브러쉬리스 모터는 1볼트당 3500RPM이 나온다는 뜻이다. 2S 배터리는 25900RPM(3500×7.4) 가 나온다. 용량(capacity)은 총 전력량, 휘발유통 크기와 비할 수 있다. 보통 mah로 나타낸다. 한시간에 얼마만큼의 전기를 뽑아낼 수 있는가하는 뜻이다. 방전률(Discharge rating)은 얼마나 빨리 전기를 뽑아낼수 있는가 하는 기준이다. 20C (20 × 5000mah = 100000mA(즉 100A). 이는 최대 연속적으로 100A 까지 순간 뽑아낼 수 있다는 뜻이다. 방전률은 드론의 전기 공급에 있어 매우 중요하며 방전률이 높을수록 배터리의 가격이 비싸지는 것이 보통이다. 만일 모터가 배터리가 방전할 수 있는 용량보다 순간적으로 더 높은 전류량을 요구하게 되면 순간 과방전으로 배터리가 부풀어 오르게 되어 수명이 짧아지는 원인이 된다. 드론에 사용하는 모터들은 고방전률을 요구하므로 되도록 배터리의 방전률이 높을수록 드론의 파워가 좋아지게 된다.
Tip
본 글에서는 드론에서 필수적으로 많이 사용되는 리튬이온배터리 및 리튬폴리머배터리에 관해 상세한 기술을 소개함. 본 배터리기술을 숙지하게 되면, 드론관련한 사업을 창업할시에 관련 모듈, 부품, 센서들의 취사선택적 기술개발에서 관련되는 전기적 데이터쉬트구성이 간편해진다.
<참고자료> ☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
m.blog.naver.com/drone101/220438520091
<전문용어>
리튬이온배터리, 리튬폴리머배터리, 셀수, 방전율, 용량