RC 전력 시스템에 대한 기본 사항 이해

소개

무선 제어(RC) 온보드 전력 시스템은 수신기와 NiCad 배터리로 동력이 공급되는 일부 서보를 가진 매우 기본적인 방식이었습니다. 이후, 전기 구동 모터 및 기타 전력 수요가 등장하면서 RC 시스템은 상당히 변화했습니다. 이 블로그에서는 최신 RC 전력 시스템에 사용되는 용어와 부품을 설명하고 이러한 부품을 일반적으로 구성하는 방법을 설명합니다.

수신기

RC 수신기(RX)는 두 가지 목적으로 작동합니다. 첫 번째 목적은 송신기의 신호를 해석하여 해당 데이터를 적절한 채널로 보내는 것입니다. 두 번째는 다양한 서보와, 서보 채널을 사용하는 기타 주변 장치에 전류 및 전압을 전달하는 전력 레일을 제공하는 것입니다. RX는 제어 작업을 수행하기 위해 4.8VDC ~ 6VDC의 안정적 공급을 필요로 합니다(그림 1). RC 모델이 니트로메탄 또는 가스 엔진으로 추진되는 경우 수신기에 전압을 공급할 수 있는 NiCad 또는 NiMH 배터리만 있으면 됩니다. 경우에 따라, 가솔린 엔진을 가진 RC 차량은 점화 시스템을 위해 별도의 배터리를 가집니다.

그림 1: RC 수신기 레이아웃. (이미지 출처: Don Johanneck)

전기 구동 모터

모델을 추진하는 전기 모터를 도입하려면 고전력 배터리와 독립적인 스로틀 제어 시스템이 필요합니다. 모터 제어는 RX로부터 스로틀 신호를 받아 배터리 전압 범위에 걸쳐 변환하여 모터에 필요한 모든 것을 제공합니다. RX 전력 요구 사항을 충족하기 위해, 일부 모터 컨트롤러에는 RX 전용의 조절된 5V 출력이 포함되며 이는 배터리 제거 회로(BEC)라고 불립니다. 이로써 시스템 설계자는 모터용 및 RX용으로 두 개의 배터리를 설치하지 않아도 됩니다 컨트롤러에 BEC가 없거나 5V 출력이 적절한 전류를 제공하지 않을 경우 배터리에 직접 연결된 독립적 BEC를 설치할 수도 있습니다.

브러시 모터 대 브리서리스 모터

RC 에어크래프트의 추진을 위한 브러시 DC 모터는 오래가지 못했으며 브러시리스 DC 모터(BLDC)로 빠르게 대체되었습니다. 모터의 컨트롤러는 전자 속도 제어(ESC)라고 합니다. ESC는 출력 와트 수와, 고용량으로 RC 배터리 시장을 장악한 다양한 LiPo 배터리를 처리하는 능력에 따라 정격이 지정됩니다. 대부분의 ESC는 이전에 언급한 BEC를 가지지만 그렇지 않은 경우도 있습니다. 용어 BEC는 일반적으로 비효율적이고 열을 발생시키는 선형 조절 회로를 의미합니다. 이후, 효율성이 향상된 스위칭형 전압 조정기인 uBEC가 개발되었습니다.

그림 2: RC 전력 및 제어 시스템. (이미지 출처: Don Johanneck)

브러시 모터는 간단히 입력 전압과 전류 소모에 의해 정격이 지정되지만 더 많이 사용되는 브러시리스 모터는 기본적으로 볼트당 RPM을 나타내는 Kv로 정격이 지정됩니다. 브러시리스 모터가 850Kv로 정격이 지정된 경우 인가된 볼트당 850rpms로 회전됩니다. 4S LiPo 배터리는 약 14.8V를 제공하며, 이는 최대 배터리 전류 및 모터의 출력 샤프트에 부하가 없을 경우 12,580rpm으로 850Kv 모터를 회전시킵니다. ESC는 전압 조절을 통해 송신기(TX)의 스로틀 제어 위치에 비례하는 전체 RPM 제어 범위를 제공합니다.

브러시리스 모터의 잠재적 전류 소모를 결정하려면 약간의 수학이 필요합니다. 모터의 무게(단위: 그램)를 측정하여 여기에 인자 3.5 를 곱하면 대략적인 최대 와트 수가 나옵니다. 850Kv 모터의 무게를 174g이라고 간주해 보겠습니다. 이 모터는 약 600와트의 전력을 소비할 수 있습니다. 와트 수는 전압과 전류의 곱이므로 와트 수를 인가 전압으로 나누면 대략적인 전류 소모를 구할 수 있습니다(최대 RPM에서 약 41A).

일반적으로 RC 조작자는 비행이나 주행 중에 최대 스로틀을 실행하지 않지만, 만약 그렇다면 6500mAh 팩으로 850Kv 모터를 약 9.5분 동안 최대 부하로 실행할 수 있습니다(6500mAh/41000mA = 0.1585시간).

LiPo 배터리

LiPoly(리튬 고분자 또는 'LiPo')는 동일한 유형의 고출력 배터리를 나타냅니다. 이러한 배터리는 ESC가 관리할 수 있는 것과 모터의 요구 사항에 따라 선택됩니다. 편리하게도, 대부분의 LiPo 배터리는 배터리 레이블에 전지 수, 암페어 시간 정격, 방전율로 세분화된 이 정보를 제공합니다. 전압 정격은 전지 수와 직접 연관이 있습니다. 각 LiPo 전지는 공칭 3.7V를 출력하므로 'S' 또는 직렬 값은 배터리 팩을 구성하는 직렬 전지 수와 관련이 있습니다. 2S 팩은 7.4볼트, 3S는 11.1볼트에 해당하는 식입니다. 암페어 시간 정격은 팩이 알려진 전류 소모로 전류를 공급할 수 있는 시간을 결정하는 데 사용됩니다. DigiKey는 전류 소모를 기반으로 하여 배터리 수명을 계산할 수 있는 유용한 도구를 제공합니다(그림 3).

그림 3: 추정된 비행 시간 - DigiKey 배터리 수명 계산기. (이미지 출처: DigiKey)

'C' 정격은 전지 손상을 초래하지 않는 팩의 최대 전류 소모를 나타냅니다. 'C' 정격에 용량(단위: 암페어)을 곱하면 됩니다. 15C, 3200mAh 팩은 최대 48암페어의 최대 전류를 공급할 수 있습니다. 'C' 정격은 충전율을 결정하는 데에도 유용합니다(그림 4). LiPo 배터리를 적절하게 충전하려면 과충전 또는 물리적 손상으로 인한 전지 손상과 화재 가능성을 방지하기 위한 규율이 필요합니다. 항상, 조정 가능한 충전율, 밸런스 리드 커넥터, 팩 온도를 모니터링하기 위한 센서(사용 가능한 경우)를 가진 충전기를 사용하십시오. 가시적 전지 손상이 있는 '퍼피' 팩은 적절하게 폐기되어 충전 동안 연소 또는 폭발을 방지해야 합니다. mAh 정격을 암페어로 변환하여 계산되고 해당 비율로 충전하는 1C 충전율을 선택하는 것이 일반적입니다. 위에서 설명한 3200mAh 팩은 최대 3.2암페어(1C)로 충전됩니다. 밸런스 리드는 팩이 고르게 충전되도록 하고 사용자가 밸런스 리드에 직접 부착된 특수 계측기를 사용하여 각 전지를 모니터링할 수 있도록 합니다.

그림 4: 추정된 충전 시간 - DigiKey 배터리 수명 계산기. (이미지 출처: DigiKey)

전지당 3.7볼트 미만으로 팩을 방전하지 않도록 유의하십시오. 이 수준 미만으로 계속 방전할 경우 배터리 수명과 용량이 줄어들 수 있습니다.

과충전 또는 물리적 손상으로 인해 팩이 심하게 손상된 경우 보호 패키징을 뚫고 터질 수 있으며, 모양이 타코셸처럼 보여 '타코드'라고 불립니다. 충전하려고 시도하지 마십시오. 또한 타코드 팩을 다룰 경우 주의하십시오. 이 시점에서는 불안정하고 예측이 불가능합니다. 안전을 보장하기 위해 더 이상 사용할 수 없는 LiPo 팩은 중화시켜 재활용해야 합니다.

요약

RC 전력 시스템은 간단하고 저렴할 수도 있고 수백 달러에 이를 수도 있습니다. 두 경우 모두, 적절한 상호 연결 및 지속적인 배터리 모니터링을 통해 전력 시스템의 수명을 연장할 수 있습니다. 전력 시스템이 여러 해 또는 수십 년 동안 지속되는 것은 일반적입니다. 배터리를 적절하게 관리하면 수 계절 동안 사용할 수 있지만 RC 차량의 지속적이고 빠른 방전으로 인해 교체가 필요한 경우가 많습니다. 하지만 여러분이 갖는 모든 즐거움을 생각해 보세요!