최근에 날씨가 급격하게 추워지면서 차량 배터리가 방전되는 사례를 주변에서 종종 볼 수 있다. 자동차의 경우 배터리에 문제가 생기면 시동이 걸리지 않지만 드론 배터리에 문제가 생긴다면 비행 중 추락하거나 보관 중 화재가 발생할 수 있어 각별한 주의가 필요하다.

 

사진=dji.com

 

그래서 이번 컬럼에서는 드론 배터리 원리와 더불어 보관 및 사용법에 알아보고자 한다.

 

 

드론 배터리는 어떤 종류?

일반적으로 드론의 에너지원은 항공연료, 배터리, 태양광전지, 연료전지 등이 있다.

 

드론 수색 전 배터리 및 기체점검

 

항공연료는 주로 대형 고정익 드론에 사용되는데 장거리 정찰 임무를 수행하는데 사용하므로 군사용 드론에 많이 이용되고 있다. 민간에 보급되고 있는 소형 회전익 드론은 주로 배터리를 사용하고 있으며 짧은 거리, 단시간 활용이 가능하다는 특징이 있다. 민간드론의 역사가 배터리의 역사로 불러지고 있다는 것은 배터리가 드론 대중화와 발전에 많은 역할을 하고 있다는 반증으로 볼 수 있다.

배터리는 1차 전지와 2차 전지로 구분되는데 1회성으로 사용하느냐 재충전이 가능하느냐에 따라 구분된다. 재충전이 가능한 2차 전지는 대표적으로 리튬폴리머, 리튬 이온, 니켈 카드뮴, 니켈 수소가 있으며 현재 시중의 대부분 드론은 리튬폴리머 제품을 사용하고 있다.

 

1차 전지

대부분의 제품이 리튬 폴리머 제품을 사용할 수 있는 데는 분명히 그 이유가 있다. 리튬 폴리머가 타 전지들과 비교한 장점을 살펴보면 해답을 찾을 수 있다.

드론의 효율적이고 안정적인 비행을 위해서는 가벼우면서도 높은 전압은 필수적이다. 리튬폴리머는 다른 전지들에 비해서 에너지 효율이 높고 젤 형태의 폴리머를 사용해 높은 안전성과 함께 좀 더 자유로운 모양의 형태로 제작이 가능하다.

 

리튬폴리머 배터리

 

그렇다고 장점만 있는 것은 아니다. 일단 가장 큰 단점으로 가격이 높다는 치명적인 단점이 있으면 과충전시 배터리가 부풀어 오르는 현상(일명 스웰링)이 발생하고 주변 온도의 영향이 많이 미치는 것은 단점으로 꼽히고 있다.

 

 

드론 배터리의 보관 방법은?

니켈 종류의 전지는 완충했다가 배터리가 완전히 방전한 후 다시 충전할 것을 권장한다.

 

니켈카드뮴 전지 사진=ko.wikipedia.org

 

하지만 드론에 사용하고 있는 리튬폴리머 배터리는 완충도 아니고 완전히 방전도 아닌 60%~70% 수준에서 보관해야 한다. 배터리 1 완충시 4.2V 전압을 갖게 되는데 3.7~3.8V 전압유지를 권장한다.

그 이유는 과 충전해서 보관할 경우 부풀어 오르는 현상이 발생할 수 있고 반대로 완전히 방전되면 수명이 급격하게 단축되는 특징이 있기 때문이다. 시중에 출시되어 있는 드론 중에는 일정기간이 지나면 배터리가 일정량 자동 방전되도록 자동설정이 가능한 기능이 있어 유용하게 활용 가능하다.

 

부풀어 오른 배터리

 

또한 앞서 리튬폴리머의 단점으로 언급했듯이 배터리는 주변 온도에 민감하기 때문에 20~26도 상온에서 보관하는 것이 바람직하다. 주변 온도가 너무 높으면 전압이 올라가 부풀어 오르거나 화재 위험성이 있고 온도가 너무 낮으면 전압이 내려가 배터리 사용이 불가능한 경우가 발생한다. 따라서 겨울에 온도가 낮은 자동차 내부나 트렁크에 장기적으로 드론과 배터리를 보관하는 것은 옳지 못한 행동이다.

 

매빅2 배터리 보관 백. 사진=aliexpress.com

 

배터리를 안정적으로 보관하기 위해서는 전용 보관백을 사용하거나 탄약통을 사용해 보관함으로써 화재 등 만일의 경우에 대비하는 것이 바람직하다.

 

 

겨울철 배터리 사용시 유의사항

앞서 이야기했듯이 리튬폴리머 전지는 온도에 민감하기 때문에 겨울철 비행에는 각별한 주의가 필요하다 드론 배터리 잔량이 순식간에 낮아지면서 추락으로 이어 질 수 있기 때문에 다양한 방법 등을 강구해야 한다.

기온이 너무 낮아 추운날에는 가급적 드론 비행을 삼가는 것이 가장 좋은 방법이나 불가피하게 비행하는 경우라면 배터리 온도를 유지해야 한다. 일단 보온재를 사용하던지 핫팩을 이용하던지 아니면 본인의 몸속에 보관을 하던지 배터리를 가급적 권장 보관온도에 가깝게 비행 전 준비를 해야한다. 그리고 비행을 시작했다면 낮은 높이에서 평소보다 호버링 시간을 길게 가져감으로써 배터리 온도가 상승할 수 있도록 예열을 한다면 배터리 온도가 점점 상승할 것이다.

요즘에 나오는 드론 스마트배터리에는 ‘셀프 히팅모드’가 적용된 배터리들도 있다. 이 셀프 히팅기능을 통하여 자체 예열도 가능하다.

 

 

배터리 무게와 전압은 비행시간을 제한하는 주요 요소이다. 현 시점에서 드론은 보통 30분 내외의 비행시간이 한계로 드러나고 있다.

 

 

태양광 전지가 현재 드론에는 많이 사용되고 있지 않지만 관련 연구가 활발히 진행하고 있는 만큼 향후 유망한 드론 에너지원이 될 것을 기대하고 있다.구글과 페이스북은 대기권에서 무선 인터넷 서비스를 활용하기 위해 태양광전지로 비행할 수 있는 드론 연구 중에 있다.

만약 태양광 전지를 활용한 드론이 상용화 된다면 배터리 드론은 예전에 건전지를 활용해 음악을 듣던 카세트 플레이어처럼 역사의 뒤안길로 물러날 것이다.

 

*이 기사는 페이스북 공유 또는 기사링크를 직접 게시하는 방식으로 자유롭게 공유하실 수 있습니다. 본문의 일부 또는 전체를 직접 활용(복사하여 붙여넣기 등)하려 할 때는 반드시 운영자의 허가를 받으셔야 합니다.
*기사는 매주 화,목요일에 업데이트 됩니다.

강호권

/ 아나드론스타팅필진
4차 산업혁명의 가장 핵심인 드론에 대한 관심으로 시작하여 드론을 경찰업무에 활용하기 위하여 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론아카데미) 일원으로 활동하고 있습니다. 현재 경찰 드론 실종자 수색 연구를 하고 있습니다. khg2602@hanmail.net

폴드론아카데미는 전원 현직경찰관들로 구성되어 활동하는 전문적학습공동체로, 드론을 활용하여 효율적인 치안업무의 도움을 주고자 연구하는 경찰 내 현장학습동아리 입니다.

Latest posts by 강호권 (see all)

태그 | #테크&비즈