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[Arduino] 리튬 폴리머 배터리 방전율, 전압, 용량, 전력량에 대한 기본 개념

안녕하세요.

이번 포스팅에서는 리튬 폴리머 배터리 (Lithium Polymer, Li-Po) 의 기본적인 용량과 전압, 방전율을 이해하고 사용 시 주의사항에 대해 알아보도록 하겠습니다.

리튬폴리머 계열의 배터리는 2차 전지라고 보통 표현합니다. 전기 차 관련해서 2차 전지라는 말은 한번쯤 들어보셨죠? 쉽게 말해 1 회 사용후 못쓰는건 1차 전지. 방전 후에도 계속 충전하면서 쓸 수 있는 전지를 2차 전지라고 합니다.

​2차 전지의 종류에는 리튬 폴리머, 리튬 이온, 니켈 카드뮴, 니켈 수소 등이 존재합니다. 이들 중 리튬폴리머 배터리는 리튬이온을 기반으로 1991년 일본의 Sony 사 (社) 에서 최초로 개발되어 전 세계적으로 많은 분야에서 사용되고 있습니다.

제가 현재 사용하고 있는 리튬폴리머 배터리입니다.

1 CELL셀 개수
3.7 V정격 전압
3.7 Wh전력량 (에너지)
1200 mAh배터리 용량
1 C방전율

리튬폴리머 배터리를 구매하거나 스펙을 참고하는 경우 배터리 용량과 셀 개수 그리고 방전률을 가장 많이 봅니다.

 

4 Cells

4cells 이라고 하는건 리튬폴리머 배터리를 뜯어 보면 안에 4 개의 배터리가 결합된 구조로 이루어진 것을 확인하실 수 있는데요, 이 때 각각의 배터리들을 cell 이라고 합니다. 각각의 cell은 빨간선과 검정선인 +,- 선이 직렬로 연결되어 있습니다. cell 이 한 개면 1 S 배터리라고 하고 위 사진의 배터리처럼 4개의 cell로 이루어져 있으면 4 S 배터리라고 부릅니다.

​1 cell 당 정격전압은 3.7 V이고 완충시 4.2 V 완전방전상태가 3.2 V 입니다.

cell의 개수만큼 곱하기를 하면 완충상태 또는 정격전압이 나옵니다.

1 개의 cell 로 이루어진 배터리의 정격전압은 3.7 V.

한 cell 당 3.7 V 가 정격이고 1 개의 cell 이기 때문에 3.7 V 가 정격전압이 되는 것입니다.

그렇다면, 4 개의 cell 로 이루어진 배터리는 정격전압이 14.8 V 인데요, 한 cell 당 3.7 V 가 정격이고 4 개의 cell 로 이루어져 있기 때문에 14.8 V 가 나오는거죠.

​하지만 V 로만 배터리 잔량을 생각하면 큰일 납니다. 리튬폴리머 배터리는 최소 20 % 이상의 배터리 잔량을 남겨놓음으로서, 오래 사용하실 수 있습니다. 배터리 잔량이 낮아지면 낮아질수록 각각의 cell 이 손상될 수 있음에 주의하시고, 각 cell 당 전압에 비례하는 배터리 잔량을 꼭 확인하시는 습관을 들여 배터리 수명을 한층 늘려보시기 바랍니다.

 

3.7V 정격전압

리튬폴리머 배터리는 1 개 이상의 cell 로 이루어져 있습니다. 각 cell 의 정격전압은 3.7 V 인데, 이에 비례해 1s 배터리의 정격전압은 3.7 × 1 = 3.7V 가 나오는거죠. 평균전압이라고 보시면 됩니다.

예를 들어 네 개의 cell 로 이루어진 리튬폴리머 배터리가 있다고 가정해봅시다. 각 cell 의 정격전압은 3.7V 인데, 이에 비례해 4s 배터리의 정격전압은 3.7 × 4 = 14.8V 가 나오는거죠. 평균전압이라고 보시면 됩니다. 배터리의 전압에 따라서 개별 부품들의 최고 성능 혹은 효율이 결정됩니다. 전압은 모터의 rpm 과 비례합니다. 높을수록 모터를 예로 들자면, 더 강하고 빠르게 회전합니다.

모터에 보면 kv 값이 있습니다. 예를 들어 2000kv 라고 하면 모터에 1V 를 1 분간 흘렸을 때 모터는 2000 번 회전하게 됩니다. 그렇다면 4s 배터리를 2000kv에 1분간 정격전압으로 흘리게 되면 ​2000kv × 14.8v = 29,600 회 회전하게 됩니다. 하지만 스로틀도 밀고 피치도 당기고 롤도 치고 하면 그 이상의 회전속도가 나옵니다.

 

1300 mAh 배터리 용량

리튬폴리머 배터리의 용량을 나타냅니다. 1300 mA 즉, 3.7 V 를 1.3 A 로 1 시간동안 전압을 흘려줄 수 있습니다.

 

1시간 일한 에너지, 4.81Wh

1Wh란 1W의 일률로 1시간동안 일한 에너지를 뜻합니다.

​위 배터리의 경우 3.7 V × 1.3 A × 1 hour = 4.81 Wh 가 나오는거죠.

쉽게 표현하자면 주사기에 물을 집어넣고 주사기 피스톤을 누르면 주사기 입구에서 물줄기가 힘차게 뿜어져 나오겠죠? 그 물의 양과 물줄기가 뿜어내는 힘의 총량 이라고 보시면 됩니다.

 

1C 방전률

리튬폴리머 배터리의 C 는 C-rating 라고 합니다. 배터리가 뿜어낼 수 있는 총 성능이라고 보시면 됩니다.

​제 리튬폴리머 배터리는 1 C 의 방전률을 가지고 있습니다.

 

리튬폴리머 배터리 셀당 전압 잔류량

Cell 당 전압 (V)배터리 잔량 (%)
4.2 V100 %
3.95 V75 %
3.85 V50 %
3.73 V25 %
3.5 V5 %
2.75 V0 %

 

리튬폴리머 배터리의 cell 당 잔류 전압 % 비율입니다. 기본적으로 리튬폴리머 배터리의 1 cell 당 정격전압은 3.7 V , 완충전압은 4.2 V , 방전상태는 3.2 V 라고 계산하지만 사실상 그렇지 않습니다.

​3.7 V 이하부터 배터리 % 비율이 급격히 떨어집니다. % 로 배터리 사용량을 보시는 분들은 크게 문제없지만

배터리 V 로 잔량을 계산하시는분들은 3.7 V 부근에서 충전을 중단시킬 준비를 하셔야 됩니다. 리튬폴리머 배터리는 과방전에 취약합니다. 아직 많이 남았네 생각하시다가 영영 돌아오지 않을 수도 있습니다.

​이는 산 꼭대기에서 10 L 의 기름을 실은 차가 5 L 만큼 산을 내려갔다가 남아있는 5 L 로 다시 산 정상까지 올라오지 못하는 것과 비슷한 맥락입니다. 중요합니다.

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