고성능 드론 배터리 선택 가이드(LiPo test by Joshua Bardwell on youtube)

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배터리에 표기되는 "C rate"에 대한 궁금증이 있어,


유튜브에 찾아보다 참고할 만한 정보를 찾게 되었습니다.


레이싱 드론용 4셀 배터리들에 대한 자료입니다.



아래 자료를 참고하셔서 드론 배터리 선택에 도움이 되기를 바랍니다.



작성자는 조슈아 바드웰이라는 유튜버이고, 구독자 및 조회수가 상당합니다.


아실만한 분들은 다 아시는 듯 합니다.


원래 엔지니어이고, 현재 드론쪽에 경험이 많고 그쪽 일을 하는 것 같습니다. 유튜브 재생 목록을 보시면 짐작하시리라 생각합니다.



https://www.youtube.com/channel/UCX3eufnI7A2I7IkKHZn8KSQ



지금까지 총 68종 이상의 드론용 4셀 배터리를 테스트 하였으며,


국내에 잘 알려진 유명 배터리도 거의 있습니다.


앞으로도 계속 업데이트 되는 것 같습니다.



테스트 방법은 정말 간단합니다.


배터리 - 멀티미터 - 스위치 - 저항체


내부저항 측정은 소형 충전기를 씁니다(스토리지 모드일 떄와 완충일때 따로 측정하는 것 보면 꼼꼼하네요).


대용량의 잭나이프 스위치를 손으로 단속하며 스톱워치로 시간을 재고,


터니지 멀티 미터를 이용하는 모습이 상당히 러프해 보입니다만,


첨부된 엑셀 시트를 보시면 의미있는 자료들을 내어 놓습니다.


실험 셋업은 러프해 보입니다만, 단순하고 확실한 방법이며, 순수 배터리 퍼포먼스를 측정한다는 점에서는 이견을 제기 하기 어렵습니다.



간혹 측정장치 - RC용 미터 - 의 정확도, 정밀도에 대한 의문과, 측정 방식에 대한 의문을 품으시는 분이 있습니다.


계측기의 신뢰성은 정확도와 정밀도가 결정하는데,


정확도는 참값에 얼마나 가까운 지 나타내어 주며, 정밀도는 측정의 재현성과 관련된 것입니다.


계측기는 정밀도가 높아질수록 가격이 기하급수적으로 증가하게 되는 경향이 있습니다.


RC용 계측기기라 해도 정확도는 배터리를 테스트하기에는 충분한 정확도를 가집니다.


예를 들면 레퍼런스 고정밀 계측기로 측정된, 참값이 60.000000A라면, RC용 계측기가 61A나 59A로 표시되어도 배터리 테스트에는 아무 지장이 없습니다.


RC 용 계측기라고 해도 60A를 50A나 70A로 표시하지 않습니다.


정 못 믿겠다 싶으면 데이터 내의 상대비교를 하면 됩니다.



조슈아 바드웰이 테스트 하는 방법은, 유튜브 채널을 보시면 아시겠지만,


20A일 때, 40A일 때, 60A일 때 이렇게 테스트 합니다.


https://www.youtube.com/playlist?list=PLwoDb7WF6c8m7UT2cTvuNc3kd-o-8GsLV


원래 A를 더 높일 생각이었는데, 60A를 넘기는 배터리가 너무 없어서, 측정 방식을 변경하였다고 합니다.


엑셀 시트를 보시면 60A에서 조차도 2분 방전할 수 있는 배터리가 68종 중에서 없습니다(단자 전압 14V 기준)



실제 4셀 쓰는 드론에 통상 전류량은 20~30A라고 하며, 많이 써도 40A 정도, 피크 60A정도라고 합니다.


측정 영상 중 하나 : 라이브 챗 하며 실제로 60A 방전테스트 합니다.





https://youtu.be/a9YeIaDMIY4?list=PLwoDb7WF6c8m7UT2cTvuNc3kd-o-8GsLV


배터리 목록에 익숙한 배터리도 눈에 들어오네요.


영어 듣기가 되시면 드론 운용에 정말 많은 도움이 될 것 같습니다.



그리면 이제 첨부한 파일을 보는 법에 대해 설명드리고자 합니다.


조슈아 바드웰이 테스트한 배터리에 대한 정보를 일목요연하게 정리한 엑셀 파일입니다.


Battery Shootout.xlsx


엑셀 파일을 띄워보시면 좌측에는 배터리 이름과 스펙이 나열되어 있고,


우측에 색이 다른 창에 20A 방전과 60A 방전 테스트 결과가 있습니다.


살구색 바탕은 20A로 방전 중에 14V에 도달할 떄까지의 데이터이고,


노란색 바탕은 60A로 방전하면서 14V에 도달하면 방전을 중지하고 다시 방전하면서 15V까지 될 때 까지의 데이터 입니다.


이런 방식을 선택한 것을 보면 드론 레이싱에 대해 잘 이해를 하고 있는 것 같습니다.




아무래도 관심이 많은쪽은 고방전일 것입니다.


먼저 20A 방전 테스트에서 표 보는 법을 알려드립니다.



완충된 배터리를 20A 방전이 가능한 저항체에 물리고, A 측정기와 온-오프용 잭나이프 스위치로 측정하는데,


20A를 흘리고 있는 도중에 14V까지 떨어지면 회로를 오픈하여 테스트를 종료합니다.


14V에서 컷 하는 이유는, 이 때의 셀당 평균 전압이 약 3.7V 이므로, 공칭전압 아래에서는 배터리가 제 기능을 할 수 없기 때문입니다.


C rate는 해당 배터리 용량 대비 20A일 때의 비율입니다. 그러니까 20A가 해당 배터리에서 몇 C 인지, 알려주는 것입니다. 이 값은 배터리 용량에 따라 달라집니다.


Time은 방전 시간입니다. 20A로 흘려서 14V가 될 때까지 걸린 시간, 당연히 길수록 좋습니다.


mAh는 실험으로 도출된 용량이고, mAh %는 표기된 용량에 대한 실측 비율, Wh는 배터리가 얼마만큼 일을 했냐이고, g/Wh는 Wh당 무게등등 익히 알려진 내용들이고,


v(stop)는 20A로 흘릴 때 전압 강하가 일어나는데, 그 정지한 시점(닫힌 회로)의 배터리 전압입니다.


v(Resting)은 방전 종료, 배터리 단자 전압이고,


v(Sag)는 방전 시 전압 강하 입니다. v(sag) 값이 작을수록 좋습니다.


F는 화씨온도인데, 배터리 온도를 나타냅니다. 화씨 100도가 섭씨 38도, 화씨 110도가 섭씨 43도, 화씨 120도가 섭씨 49도 쯤 됩니다.


어떤 요소를 중요하게 봐야 하는 지는 사람마다 다르겠지만,


20A 방전임을 감안하면 v(Sag) 값이 작은 것이 특성이 좋은 배터리인 것 같습니다.




다음은 60A 방전입니다.


데이터를 보면 60A 연속 방전을 2분 이상 할 수 있는 배터리는 없습니다.


가장 좋은 것이 60A에서 1분 26초를 버티네요.


60A 연속 방전을 견딜 수 있는 배터리가 거의 없었기 때문에, 테스트 항목이 두 가지가 더 추가 되었습니다(#Bursts, Longest Burst)



측정 방법은 완충된 배터리를 60A 방전하되, 14V가 되면 테스트를 중지하고, 회로가 오픈된 상태에서 배터리 단자 전압을 측정해 15V까지 떨어질 때까지 60A 방전을 반복합니다.


60A로 방전하다 전압 강하로 인해 14V가 되면 테스트를 중지한다고 했는데, 이경우 #Bursts가 1이 올라 갑니다.


이는 60A 방전 중 14V까지 전압 강하가 몇 번 일어났는지 보여주며, 작을수록 좋은 것입니다. 이 값이 크다면 60A 방전 중 전압 강하가 쉽게 일어나는 배터리라고 볼 수 있습니다.


Longest Burst는, 60A 방전을 하는 시간의 총 합입니다. 길수록 좋습니다.


예를 들어 위의 표에서,


첫번째는 #bursts가 1, Longest Burst 가 86이면, 14V가 될 때 까지 60A로 방전하는 동안 14V까지 전압강하가 된 적이 한 번도 없었다는 뜻입니다. 86초간 60A를 방전 후 오픈 서킷에서 15.06V가 나왔다는 뜻입니다.


두번째는 #bursts가 2, Longest Burst 가 72이면, 60A 방전시 14V까지 떨어져서 테스트를 중지, 그 때 오픈 회로에서 단자 전압은 15V이상이므로 다시 60A 방전을 하여 14V에 도달하여 테스트를 중지했다는 뜻입니다.


다시 말씀 드리면 #burst가 클수록 60A 방전시 전압 강하가 잦았다는 뜻이 됩니다.


#burst를 오름차순 정렬(낮은 값이 좋음) 또는 Longest burst를 내림차순 정렬(높은 값이 좋음)하시면 고방전율의 배터리를 찾으실 수 있습니다.


동영상에서, 저자는 이 두 요소를 중요하게 생각하는 것 같습니다.



드론 레이싱에는 방전특성 뿐 아니라 무게등 많은 요소가 있으니 적합한 요소를 잘 고려해서 잘 선택하시기 바랍니다.


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