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No.

102

Subject.

RC 배터리 이론2(니카드,니켈수소)

Date.

2007-01-15 16:11:18.0 (211.36.27.8)

Name.

swindler

Hit.

8153

File.

RC용 배터리는 방전율(C-rate)가 높은 배터리를 사용하여야 하기 때문에 2차전지(충전지)중에서 사용할 수 있는 배터리가 한정되어 있습니다.

여기서 잠깐, 1차전지와 2차전지에 대해서 설명하겠습니다.
1차전지는 충전할 수 없는 배터리를 말합니다. 보통 건전지가 이 1차전지에 포함됩니다. 1차전지에도 많은 종류가 있지만, 방전율이 낮아서 RC에서는 사용할 수가 없으므로 그냥 넘어가겠습니다....죄송...^^

2차전지는 충전을 여러번 할 수 있는 배터리를 말합니다.
보통 자동차에서 사용하는 납축전지가 있으며, 니켈카드륨, 니켈수소, 리튬이온, 리튬폴리머 등이 여기에 포함됩니다. (물론 연료전지도 있습니다. 향후 연료전지도 꽤 인기를 누릴 것 같습니다.)

RC 에서 사용할 수 있는 방전율이 높은 2차전지 배터리는 니켈카드륨과 니켈수소, 리튬폴리머배터리가 있습니다. 납축전지와 리튬이온은 방전율을 높일 수가 없기 때문에 RC에서는 사용하지 않고 있습니다. 특히, 폭발 위험이 있는 리튬이온은 더더욱 사용하시면 안됩니다....^^

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[니켈카드륨]

RC배터리로 초반에 사용한 니켈카드륨 배터리(Ni-Cd)는 내부 전해질이 방전율이 높게 나오기 때문에(보통 10 ~ 15C정도) 싼 가격으로 많이들 사용해 왔습니다.
보통 니카드라고 부르고 있으며, 기본 셀이 1.2V로 되어 있습니다.
RC자동차에서 아직까지 사용하고 있으며, 사이즈는 SC(Sub-C)를 사용하고 있습니다.
니카드는 가격이 싸고 방전율이 높지만, 몇가지 단점을 가지고 있습니다. 첫째, 메모리 효과가 있습니다.
메모리 효과란 음...(어렵게 설명한 것은 저희 홈피에 있으니 쉽게 설명하면...) 완전방전/완전충전을 하지 않고, 조금만 사용하고 충전을 반복하면 자신의 용량이 나중에는 나오지 않는것입니다.(너무 쉬웠군요...^^)
그래서 니카드로 충전/방전을 자주하게 되면 자신의 수명을 다하지 못하고 용량이 자꾸만 줄어드는 현상을 느끼게 됩니다.
두번째 단점은 많은 용량을 담을 수 없다는 겁니다. 그래서 오랫동안 RC를 즐길 수가 없고 자주 배터리를 갈아주어야 하며, 더 높은 파워의 모터로 개조/설계할 수가 없는 단점을 가지고 있습니다.
세번째는 용량에 비하여 무겁다는 겁니다.

이런 여러가지 단점들로 인하여 RC에서는 조금 비싸더라도 니카드보다 더 좋은 니켈수소배터리를 사용하게 됩니다.

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[니켈수소 배터리]

니켈수소(Ni-MH) 배터리는 니카드보다 용량대비 가벼우며, 메모리효과도 적고 용량도 많이 담을 수 있어서 RC자동차에서는 많은 애용을 하고 있는 배터리입니다.
메모리 효과가 전혀 없는 것은 아니지만 자신의 수명까지는 크게 영향이 없으므로 상관없이 사용할 수 있는 배터리입니다.
그런데 여기서 주의할 사항은 모든 니켈수소배터리가 방전율이 높은 것은 아니라는 점입니다.
니켈수소도 일반적인 니켈수소는 방전율이 높지 않습니다. 그래서 RC용 니켈수소 배터리를 별도로 판매하고 있으며, 일반 니켈수소보다 가격이 더 높은 것입니다.
RC 용 니켈수소 배터리의 사이즈는 SC type이 있고, 2/3A type이 있습니다. SC는 RC자동차에서 많이 사용하는 배터리이고, 2/3A는 전동건에서 많이 사용하고 있습니다.(그 이외에 제조사에 따라서 RC용이 나오기도 합니다만.....spec을 잘 보고 사용하셔야 합니다....^^)

RC용 니켈수소의 기본 셀은 니카드와 같이 1.2V입니다. 같은 충전방식을 따르고 있지만 충전종료시점이 다르므로 충전기도 구분되어 있습니다.

여기서 잠깐 ... 충전방식에 대해서 소개하겠습니다.
니 카드와 니켈수소는 충전전류를 일정하게 하고 충전전압을 서서히 올려주면서 충전하는 방식을 따르고 있습니다. 니카드와 니켈수소의 특징상 충전이 다되면 순간적으로 전압이 띠게 되는데 이 시점을 충전기에서 check하여 충전종료를 하게 됩니다.
보통 델타피크라 하여 니켈수소는 5mV~10mV정도 됩니다.

RC용 니켈수소는 보통 7.2V를 만들어서 사용하게 되는데, 여기서 주의할 점이 몇가지가 있습니다.
1.2V 6셀을 직렬연결해서 7.2V로 만들게 되는데, 직렬연결할 때 각 셀간의 용량 및 전압의 차가 발생되면 그 만큼 전체 7.2V는 자신들의 용량과 수명이 나오지 못하게 됩니다.

이 부분은 좀 자세히 설명해 드리겠습니다.
보 통 배터리는 만충(100%충전)을 하면 전압(V)는 1.4V정도가 나옵니다. 그리고, 방전을 하게 되면 포물곡선을 그리면서 전압이 1.2V정도로 떨어졌다가 용량이 거의 다 되면 다시 급격하게 떨어집니다. 그래서 0.8V정도에서 cut-off가 됩니다.

만약 6개 셀이 밸런스가 맞지 않은 상태에서 직렬연결하게 된다고 가정하겠습니다.
1번셀:1.4V , 2번셀:1.2V, 3번셀:1.2V, 4번셀:1.3V, 5번셀:1.2V, 6번셀:1.1V
위에서 가장 용량이 많이 충전된 셀은 1번셀(1.4V)이 되고, 가장 용량이 없는 셀은 6번셀(1.1V)이 됩니다. 이 상태에서 직렬 연결을 하게 되면 전체 전압은 1.4+1.2+1.2+1.3+1.2+1.1=7.4V가 됩니다.
충전기에 걸어서 충전을 하게 되면 이 6개의 셀중에서 델타피크가 발생되는 셀을 기준으로 충전종료가 될 것입니다.(당연히 1번셀이 만충이므로 오래 걸리지 않아서 충전종료가 될 것입니다.)
이 상태에서 RC자동차에 장착하여 주행을 하게 되면 얼마 못가서 차량은 서게 됩니다.(6번셀의 용량만큼 사용이 되므로) 이 때의 각 셀에 대한 전압 역시 처음과 비슷하게 1번셀이 가장 높고, 6번셀이 가장 낮게 나오겠지요.

예 를 들어 1.0+0.8+0.8+0.9+0.8+0.7=5V 로 가정해 보겠습니다. 이 배터리는 전체전압을 걸어서 다시 충전하고 또 다시 방전하게 됩니다. 배터리 내부의 저항값의 차이로 인하여 점점 더 전압차(혹은 용량차)는 심해 질 것이고, 급기야 나중에는 셀간의 밸런스는 완전히 틀어지게 됩니다.
충전기가 전체충전전압(1.4V*6셀=8.4V)까지 충전을 과도하게 밀어넣는다면, 1번셀은 과충전이 되어 열이 발생하여 화재가 나거나 누액이 발생되는 현상을 도래하게 됩니다.
이렇듯 처음의 셀간의 밸런스가 틀어지면, 자신의 용량을 다 못쓰고, 자신의 수명을 다하지 못하고 배터리팩은 인생을 마감하게 됩니다.
만약 처음에 셀간의 밸런스를 맞추고 직렬연결하는 경우는 괜찮을까요?
정답은 아닙니다. 그래도 점점 밸런스는 틀어지게 되어 있습니다. 그것은 셀간의 내부저항값이나 연결된 단자의 부하값, 또 고방전에 따른 전류의 흐름 방해등으로 인하여 점점 더 밸런스는 틀어지게 되어 있습니다.

그렇기 때문에 RC자동차에서는 초기에 배터리팩을 구매할 때, 매치드셀이라는 것을 구입하게 되고 매치드셀이 비싼 원인이 여기에 있습니다. (매치드셀 = 셀간의 내부저항 및 용량, 전압을 일정하게 맞춘 배터리 셀)
그 리고, RC자동차에서 낱셀단위로 방전을 하는 원인도 셀간의 밸런스를 맞추는 작업이라 생각하시면 됩니다. 모든 셀을 각각 방전을 하게 되면 셀간의 전압이 일정하게 유지되고, 이 상태에서 전체 충전을 걸어주면 어느정도 셀간의 밸런스가 맞추어져 자신의 용량이 다 들어가기 때문입니다.
설명이 좀 길었습니다.

어느 배터리나 다 마찬가지입니다. 직렬연결하였을 때의 셀간의 밸런스가 맞지 않으면 자기의 용량이 나오지 않고 수명 역시 줄어듭니다.(심하면 누액이나 화재...ㅠ.ㅜ)

니켈수소에 대해서는 이정도면 모르시는 분들에게 도움이 될 것 같습니다

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::: 직렬연결이란 배터리에 나와있는 +와 -를 연결하는 방식을 말합니다. 두개의 배터리 중에서 한개의 배터리 +단자와 또 다른 배터리의 -단자를 연결하는 방식이지요... 이렇게 직렬연결하면 전압(Voltage)는 2배가 됩니다. 가령 1.2V 두개를 직렬연결하면 2.4V가 되고, 4개를 연결하면 4.8V, 6개를 연결하면 7.2V가 됩니다

::: 배터리 셀이란 배터리를 구성하는 가장 작은 단위입니다. 보통 니카드나 니켈수소인 경우는 원통형으로 많이 이루어져 있고, 리튬이온, 리튬폴리머는 각형으로 이루어져 있습니다.

::: 배터리 팩이란 원통형 셀들을 모아서 직렬 혹은 병렬연결해 놓은 배터리 뭉치를 말합니다. 배터리 팩에 대해서는 'RC 배터리 이론4(배터리팩)'를 참조하여 주시기 바랍니다.

::: 충전이라는 것은 1차전지(한번 사용하고 버리는 배터리)는 관계가 없고, 2차전지(충전지)에서 배터리를 사용하고 다시 전기를 채워놓는 것을 말합니다. 충전을 해 주는 기기를 충전기라고 합니다.

::: 방전이라는 것은 충전과는 반대로 배터리를 전자제품 혹은 RC기기에 넣고 사용하는 것을 말합니다. 다시말해서 배터리 내에 들어있는 전기를 뽑아내는 것을 말합니다. 니카드나 니켈수소는 일부러 방전을 시켜주기도 하는데, 이때 사용되는 기기가 방전기입니다.

::: Cut-off라는 것은 전원을 차단시킨다는 뜻으로 해석하면 됩니다. 보통 충전기에서는 충전이 다되면 충전을 중지시키는데 이를 cut-off라고 하고, 충전종료되는 기준을 전압으로 할 수도 있고, 전류로 할 수도 있습니다. 자동으로 전원을 끊어주는 것을 보통 Auto Cut-off라고 합니다

::: 저항은 부하로 생각하셔도 됩니다. RC기기에 배터리를 연결하면 전류가 흐르게 되고, 그 전류를 가지고 모터가 구동됩니다. 이때 모터를 일종의 저항으로 보시면 됩니다. 배터리 내부저항이라는 것은 배터리를 제작할때 내부 전해질의 성분상 부하가 걸리게 되는데 이를 내부저항이라고 표현합니다. 부하가 내부에 걸리기 때문에 배터리를 충전 혹은 사용하면 배터리가 열을 발생하게 되는 것도 이 내부저항의 영향이 있습니다.

::: 낱셀이라는 것은 배터리의 각 셀을 말합니다. 낱셀충전은 곧 배터리 셀별로 충전한다는 뜻이고, 낱셀방전은 배터리 셀별로 방전한다는 뜻입니다.

::: 매치드셀이란 배터리의 셀들의 전압,용량,내부저항이 비슷한 셀들을 말합니다. 직렬연결할 때 비슷한 셀들끼리 연결하면 최고의 성능을 발휘할 수 있습니다.

[바로가기 링크] : http://coolx.net/board/hobby/102/0


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