전동차의 생명! 리폴 리페 수소배터리 특징, 리폴배터리 방전, 배부름(스웰링)현상 - 김강석의 RC와 캠핑정복
전동차의 생명!
리폴 리페 수소배터리 특징, 리폴배터리 방전, 배부름(스웰링)현상
- 김강석의 RC와 캠핑정복
엔진차량을 굴리기 위해서는 기름, 즉 연료가 필요합니다.
전동차량의 경우엔 말 그대로 전기를 주 동력으로 이용하기 때문에
배터리를 장착해 주행을 하게 됩니다.
그래서 이번엔 이 배터리에 대한 이야기를 풀어볼까 합니다.
배터리의 종류
배터리에는 여러 가지 종류가 있는데 이중 가장 대표적으로 사용하고 있는 것은 3종류 입니다.
• 리페(Li-Fe)배터리
• 수소배터리
배터리의 특징
1. 리폴배터리 (Li-Po, 리튬폴리머)
• 장점 : 펀치력(순간 가속력)이 좋고 용량이 큰 것들이 많음. 가장 많이 사용되는 배터리.
• 단점 : 물에 닿으면 배터리가 죽거나 터짐. 너무 과하게 사용하거나 많이 사용해 셀당 2.5V 이하
(3.0V이하도 죽는 분들 계심/3.0V이상 관리권장)로 내려갈 경우 배터리가 죽거나 /배부름(임신 등으로 표현-펀치력 및 사용시간이 떨어짐) 현상이 있음
2. 리페 배터리 (LI-Fe)
보통 수신기 및 송신기 대체용으로 사용. (AA x 4 송신기, 수신기용 독립전원)
충전 시에 리포전압을 바꿔서 충전해야 됨.
프로그램모드 - 리포전압 - 3.7V -> 3.3V 리포충전(리페충전,Li-Fe)으로 자동변경 후 충전됨.
리폴과 리페의 큰 차이는 전압에 있습니다.
리폴 1셀당 3.7V // 리페 1셀당 3.3V
만충 시 리포 4.2V // 만충 시 리페 3.6V
리폴과 관리 방법은 동일하며 2.5V이하(3.0V이상으로 관리 하길 권장)로 내려 갈 경우
셀이 죽거나 배가 부르는 경우가 생깁니다.
3. 니켈수소(NiMh) 배터리
• 장점 : 물에 들어가도 됨. 리폴에 비해서 가격이 저렴
• 단점 : 리폴에 비해선 펀치력이 떨어짐. 배터리에 메모리 현상이라는 것이 있어서 완전 방전 후 재충전해야 자기 용량이 들어가서 런타임이 나옵니다. 제 용량이 잘 안 찰 경우 리사이클(방전 후 재충전)을 몇 회 정도 해줘야 제 용량이 들어갑니다.
수소배터리의 최대 장점은 물에 강하다는 것입니다.
다른 배터리의 경우 물에 접촉하면 위험하지만 수소배터리의 경우 물에 강해 물 속 주행 시에 사용하면 좋습니다.
과거에는 리튬이온배터리도 사용을 했는데 요즘은 위에 3개 배터리를 주로 사용합니다.
리튬이온배터리나 니켈수소배터러의 경우 과 충전 시 폭발할 수 있어 늘 조심해야 합니다.
<충전 중 폭발 사진>
여기서 주행용으로 가장 많이 사용되고 있는 리튬폴리머(앞으로 리폴이라고 명함) 배터리에 대해 좀더 언급할까 합니다
리폴배터리의 특징
<리폴 실물 사진>
리폴배터리의 사진을 보면 5.0에 40-50C 그리고 2call 7.4v, 3call 11.1v 등
여러 가지 표기가 되어 있습니다. 하나씩 살펴보시죠.
리폴배터리 표기 읽기
▶ 전압
리폴의 경우 한 개의 셀을 모아서 만들어지게 되는데
1셀은 한 장의 판을 사용한 것이고 2셀은 두 장의 판을 직렬로 연결한 것을 의미합니다.
1셀이 3.7v의 전압을 나타내고 있기에 2셀은 7.4v이며 한 셀씩 추가가 되면 3.7v씩 전압이 높아진다고 생각하시면 됩니다.
다시 말해 7.4v(2셀), 11.1(3셀)의 숫자는 셀의 수량과 전압을 나타내며
높을수록 고출력이라고 보면 됩니다.
<리폴배터리 내부모습>
사진의 경우 4셀을 직렬로 연결한 것이기에 14.8v의 전압에 사용하기 위한 배터리 입니다.
각 전동차량에 장착되어 있는 변속기의 최대 사용 가능한 허용 전압을 확인하고
그에 맞는 리폴배터리를 구매하시면 됩니다.
▶ 용량
5000 mA 의 숫자는 용량이며 이 숫자가 클수록 런타임이 길다고 보면 됩니다.
다만 용량이 커지면 커질수록 배터리의 크기와 무게는 상대적으로 커지기 때문에
이 부분도 사용하는 차량에 맞는 사이즈를 고려해서
무조건 높은 용량을 선택하기보다 무게 안분과 차량의 밸런스를 생각한 선택이 중요합니다.
▶ 방전률
마지막으로 40c 50c 라고 적힌 건 방전률을 의미하며 10c부터 다양한 방전률의 배터리가 존재합니다. 이 수치가 높을수록 순간출력이 높다고 보면 됩니다.
높은 순간 출력이 필요한 차량의 경우 낮은 방전률의 배터리를 사용하면
배부름(스웰링)이 발생해 못쓰게 되는 상황이 생길 수도 있습니다.
리폴배터리 사용 시 주의사항
1. 2.7v 이하로 떨어지면 못쓰게 된다 (과방전)
• 충전기의 수소모드로 잠깐 충전해서 살리는 방법은 있으나 성공률이 높지 않고 위험합니다.
• 과방전을 막기 위해선 ‘셀 체크 알람기’라는 부자재를 연결해 과방전 되지 않도록 수시로 체크하며 이용해야 합니다.
2. 4.2v 이상 충전되면 못쓰게 된다 (과충전)
• 이를 막기 위해 리폴 전용충전기를 사용합니다.
• 4.2v 만땅 충전 후 장기 보관 시 배가 불러오고(스웰링) 연소의 위험이 있습니다.
3. 셀간 밸런스가 달라지면 배터리 수명(성능)이 줍니다.
• 이를 막기 위해 밸런스 기능이 있는 충전기를 씁니다.
• 밸런스 충전은 10회당 1회정도 해주면 된다고 하나 매번 해주는 게 좋다고 생각합니다.
리폴배터리 배부름(스웰링) 현상
리폴은 앞에서도 언급했듯 셀, 즉 3.7v짜리 판을 직렬로 연결해 사용하는 배터리로
사용을 하다 보면 각각의 판이 부풀어 올라 꼭 임신한 것과 같이 배가 부르는 경우가 있습니다.
이를 ‘스웰링’이라하는데 밀폐된 공간에서 고체에 기체가 발생해 용적이 늘어나면서 커지는 겁니다.
▶ 스웰링이 발생하는 경우
• 과충전 - 4.2v까지 만충된 후에도 추가로 충전
• 과방전 - 순간적으로 너무 너무 빨리 그리고 많이 소모할 경우
• 고열 발생 - 70도 이상 되는 열이 발생되어 각 셀에 무리를 줄 경우
• 충격 및 내부 파손
• 완충한 상태로 장기간 보관 시
• 사용하는 차량의 출력에 비해 방전율이 낮은 배터리 사용
이런 이유로 인해 스웰링 현상이 발생해 얼마 쓰지 못하고 사용하지 못하는 상태가 될 수 있으니 이점을 유의해서 사용하시는 것이 좋습니다.
리튬배터리의 위험성
리폴의 경우는 젤타입이라 폭발의 위험성은 없습니다
반면, 내부 전해질이 액체타입인 수소나 이온배터리의 경우 폭발의 위험성이 존재합니다.
다만 리폴배터리의 경우 연소가 발생해 불이 날수 있습니다.
우리가 사용하는 핸드폰이나 디카, 노트북 등의 배터리는 대부분 리튬이온 배터리이며
가끔 이런 것들이 폭발했다는 뉴스를 접하게 되는데 리폴 배터리와는 다르다고 보시면 됩니다.
하지만 폭발하지 않는다고 너무 안심하시면 안됩니다.
우리가 주로 사용하는 RC용 리폴배터리는 충격으로 인한 배터리의 손상이 발생하기 쉽습니다.
더구나 순간적으로 고출력을 사용하기 때문에
그만큼 무리가 가고 이로 인해 배터리가 부풀어 오르거나 불안정한 상황이 될 수도 있습니다.
또한 리폴의 경우 산소와 만나게 되면 순간적으로 연소가 되어 불꽃이 발생하거나 외부에 덮고 있는 피박이 크게 파손되어 큰 불이 발생할 수도 있습니다
리폴이 부풀어 올랐을 때 바늘이나 칼로 외부 피막을 뚫어 가스를 빼는 것은 아주 위험합니다.
<리폴 배터리 발화로 인한 화재>
사진을 보니 참 끔찍합니다.
외국에서 발생된 사건이 아니라 국내 동호회에서 올라온 사진입니다.
헬기 유저분으로 리폴배터리를 차에 싣고 있었는데 발생된 화재사건입니다.
물론 이렇게 쉽게 화재가 나지는 않지만 늘 조심해야 합니다.
그럼 리폴을 어떻게 관리하는 것이 좋은지 마지막으로 설명 드리고 이번 글을 마칠까 합니다
리튬 배터리 관리요령
1. 관리법
반드시 직사광선 노출을 피하고(배터리가 급속도로 익음) 5-25도 사이에서 보관을 해야 합니다.
30도가 넘는 온도에서 장시간 방치하면 내부 전해질이 활성화 되어 부풀어 오릅니다.
마찬가지로 추운 겨울철 영하의 날씨에 장기간 보관하면
전해질이 굳어 방전률이 급격하게 떨어져 배터리 수명을 줄고 안전사고도 일어날 수 있습니다. .
장기간 보관 할 때는 신문지로 돌돌 말아서 필라멘트 테이프 등으로 감싸주는 것이 좋습니다.
충전 시에는 과충전이 되는지, 전해질이 새는지, 열이 나는지 꼭 확인하고
열 이날 경우 즉시 충전을 중단하고 배터리를 화재에 안전한 곳으로 이동시켜 혹시 모를 폭발에 대비해야 합니다.
일단 리폴배터리는 결정구조가 벌집모양의 아파트처럼 되어 있기 때문에
벽이 어느 한쪽이라도 무너지기 시작하면 연쇄반응이 일어나면서 계속 다른 연결부위도 끊깁니다.
끊어진 연결부위와 산소가 반응하면 (참고로 물에도 반응) 완벽한 폭탄으로 변신합니다.
리폴배터리는 충전 시 열이 나는 게 아니라 방전 시 일어나므로
충전 중 열이 난다면 대부분 내부 결정이 깨져서 연쇄 반응이 일어나고 있다는 소리입니다.
2. 충전법
충전을 할 땐 정해진 용량과 전압을 주는 것이 좋습니다.
리튬계열은 충전 시 열이 나진 않지만
과전압으로 충전 시 내부 전해질이 급격하게 이온화 되면서 부산물(가스)이 생기게 됩니다.
때문에 리튬철(줄여서 그냥 a123) 배터리만 제외하고 전부 1c의 충전을 하는 게 좋습니다.
충전 방법은 배터리가 3.7v 600mA짜리라면 전압은 4.2v에 충전전류는 0.6A를 넣어줘야 합니다.
800짜리라면 0.8A를 넣어주면 되죠.
전류는 모자라도 좋으니 본래 용량을 넘게 충전하면 안되며
정해진 허용 전류 범위를 넘어서 지속적으로 충전하면 배터리의 수명이 급격하게 나빠집니다.
저가형 충전기는 전류설정이 불가능하므로
배터리와 같은 용량의 충전기나 충전기를 업그레이드를 하는 것이
정신건강과 시간문제, 그리고 제일 중요한 안정성이 해결됩니다
3. 방전법
리튬 폴리머는 메모리 효과가 없기 때문에 다른 배터리와 달리 방전할 필요가 없습니다.
오히려 과방전이 될 경우 사용하지 못하게 될 수 있습니다.
니켈류는 완충 완방전을 해줘야 하는 것과는 반대입니다.
리튬전지는 니켈전지와 다르게 전압 수평화 현상을 일으키지 않는데
수평화 현상이란 물 높이가 다른 물통에 서로 호스로 연결하면 높이가 같아지는 현상을 말합니다
전류도 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르려는 성질이 있기 때문에
니켈전지의 경우 전압이 다른 전지와 혼용하면
시간이 지날수록 전자가 전압이 낮은 쪽으로 움직여 결국 전압이 수평화 됩니다.
따라서 니켈전지는 리튬과 다르게 밸런스 충전이라는 것이 사실상 필요 없습니다.
다만 니켈전지의 이러한 특성 때문에 전압이 낮은 전지와 같이 두면 낮은 쪽이 충전되는 현상이 일어나게 되어 열이 발생하게 됩니다.
밀폐되고 온도가 높은 곳이라면 화재나 쇼트도 날 수 있습니다.
반면 리튬은 이러한 현상이 없으므로 전압 차가 낮은 셀들을 장시간 연결하게 되면 전압이 높은 한쪽 셀이 불안정한 상태가 됩니다.
즉 배터리가 임신될 가능성을 열어두는 계기가 되는 것이죠.
그러므로 배터리를 잘 쓰고 싶다면 방전으로 전압 평준화를 한번 해줄 필요가 있습니다
마찬가지로 보관할 때는 방전을 해준 후 3.8볼트까지 밸런싱 충전으로 해두는 것이 배터리를 가장 안전한 전압에 저장하는 것입니다. 자연방전 되더라도 1년정도는 3.7볼트를 유지하기 때문에 리튬배터리의 평균 전압치를 맞춰 보관할 수 있게 됩니다
쉽게 사용하고 많이 사용하는 것이지만 위험성에 대해 알고 준비를 한다면 취미 생활을 좀더 안정적으로 할 수 있겠지요.
해서 이번엔 배터리에 대한 부분을 살펴봤습니다.
아무쪼록 여러분에게 많은 도움이 되었기를 바라며, 여기서 마무리 지을까 합니다.
다음 번엔 더욱 유용한 정보로 찾아 뵙겠습니다. ^^
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