배터리의 용량은 '1시간에 사용할 수 있는 전류량'을 말하며 'mAh'라는 단위를 사용합니다. 예를 들어, 배터리가 2000mAh라고 하면, 2000mA의 전류를 사용할 때 1시간(런타임) 동안 사용할 수 있다는 의미입니다. 그러나 소모전류량에 따라 달라질 수 있으므로 200mA로 사용한다면 10시간 동안(2000mAh/200mA = 10h) 사용할 수도 있습니다.
보통 RC에서 소모전류는 20A 이상 되기 때문에 20A의 경우에는 2000mAh/20000mA = 0.1h = 6분 정도에 모두 사용하게 됩니다. 일반 배터리의 경우 부하가 높은 전류를 끌어 당기게 되면 전압이 강하되어 충분한 전류를 보내주질 못하는데 이러한 능력의 척도를 방전율이라 부르고 안전하게 방전할 수 있는 전류의 최대값을 나타내는 비율이 됩니다.
방전율(C-rate)은 보통 몇 C로 표기하며 'C'는 Capacity(용량)의 약자입니다. 그래서 1C면 자신이 가진 용량(Capacity)의 1배를 내줄 수 있다는 뜻이며, 10C라 하면 자신의 용량의 10배를 내줄 수 있다는 의미가 됩니다. 게다가 이러한 C의 개념은 용량을 뜻하기 때문에 방전에만 사용하는 것이 아니라, 충전 시에도 '몇C 충전'이라고 표현합니다. 보통은 1C이며 시중에 현재 3C까지 출시됩니다. 예를 들어, 1C 충전이라 함은 배터리가 가지고 있는 용량(mAh)만큼의 전류량(mA)으로 충전시킨다는 뜻입니다. 2000mAh인 경우, 충전 전류를 1000mA로 설정하면, 배터리의 용량의 0.5배가 되므로 0.5C충전이 되고 2000mA로 충전하면 1C충전이 된다고 합니다.
다음 그림은 리튬폴리머(LiPo) 충전율에 따른 배터리 수명을 나타냅니다. 따라서 충전은 가능하지만 1C를 초과한 충전은 권장되지 않습니다.
요약하면 예를 들어, 리튬폴리머 3.7V 2000mAh(15C)라 하면, 배터리의 용량은 2000mAh이고, 방전율은 15C가 됩니다. 즉, 소모전류가 2000mA(2A)라면 1시간 동안 사용할 수 있고, 자신의 용량의 15배인 30A(15 x Capacity = 30,000mA)까지 소모전류를 사용할 수 있다는 뜻입니다. 물론 사용시간은 2000mAh/30,000mA = 0.0666시간 = 3.9분 이내가 됩니다.
리튬폴리머(혹은 리포) 배터리는 여러개의 셀(Cell)을 모아서 사용하는데 1셀은 한 장의 판을 사용한 것이고 2셀은 두 장의 판을 직렬로 연결한 것을 의미합니다. 1셀이 3.7V의 전압을 가지므로 셀이 추가될수록 출력전압은 3.7V의 배수가 됩니다. 방전률의 한계를 초과하는 부하의 연결은 배부름(스웰링)이 발생할 수도 있습니다. 예를 들어, '4S2P'와 같은 표현을 병기하도 하는데 이는 셀을 S는 직렬, P는 병렬로 연결했다는 의미입니다.
※ 리튬폴리머 배터리의 배부름(스웰링) 현상 - 셀, 즉 3.7V짜리 판을 직렬 연결하여 사용하는데, 밀폐된 공간에서 고체에 기체가 발생해 용적이 늘어나면서 커지는 현상으로 각각의 판이 부풀어 올라 배터리의 배가 부르는 현상입니다. 이는 아래의 경우에 발생하게 됩니다:
과충전 - 4.2V까지 만충된 후에도 추가로 충전
과방전 - 순간적으로 너무 빨리 그리고 많이 소모할 경우 혹은 큰 부하에 비해 방전율이 낮은 배터리 사용 시
고열 - 70도 이상 되는 열이 발생되어 각 셀에 무리를 줄 경우
충격 및 내부 파손
완충한 상태로 장기간 보관 시
리튬폴리머 배터리는 젤타입이라 폭발의 위험성은 없는 반면에 내부 전해질이 액체타입인 수소나 이온 배터리의 경우 폭발의 위험성이 존재합니다. 다만 리튬폴리머 배터리의 경우 연소가 발생해 불이 날 수도 있습니다. 또한 리튬폴리머 배터리의 경우 산소(혹은 물에도 반응)와 만나게 되면 순간적으로 연소가 되어 불꽃이 발생하거나 외부에 덮고 있는 피박이 크게 파손되어 큰 화재가 발생할 수도 있습니다. 그러므로 배터리가 부풀어 올랐을 때 바늘이나 칼로 외부 피막을 뚫어 가스를 빼는 것은 매우 위험합니다.
리튬 계열은 충전 시 열이 발생하지는 않지만 과전압으로 충전 시 내부 전해질이 급격하게 이온화 되면서 부산물(가스)이 생기게 됩니다. 따라서 리튬철(Li-Fe) 배터리만 제외하고 모두 1C의 충전을 하는 것이 권장됩니다. 충전 방법은 배터리가 3.7V 600mAh라면 전압은 4.2V에 충전 전류는 0.6A를 넣어주는 것입니다. 리튬폴리머 배터리는 메모리 효과가 없기 때문에 다른 배터리(예를 들어, Ni-Cd(니카드))와 달리 방전할 필요가 없으며 니켈전지류처럼 완충 완방전을 해줄 필요가 없습니다.
※ 메모리 효과 - 니켈카드늄(Ni-Cd) 배터리가 완전 방전하지 않고 충전할 시에 전체 배터리의 용량이 줄어드는 현상을 말합니다.
리튬전지는 니켈전지와 다르게 전압 수평화 현상을 일으키지 않는데, 수평화 현상이란 전압이 다른 전지들을 혼용하여 사용하면 전압이 모두 같아지는 현상을 말합니다. 따라서 니켈전지는 리튬과 다르게 밸런싱이라는 것이 필요 없습니다. 다만 니켈전지의 이러한 특성 때문에 전압이 낮은 전지와 같이 두면 낮은 쪽이 충전되는 현상이 일어나게 되어 열이 발생하게 되고, 만일 밀폐되고 온도가 높은 곳이라면 화재가 발생할 수도 있습니다. 반면 리튬은 이러한 현상이 없으므로 전압 차가 높은 셀들을 장시간 연결하게 되면 전압이 높은 한쪽 셀이 불안정한 상태가 됩니다. 즉 배터리가 배부름 현상이 생길 수 있으므로 방전으로 전압 평준화를 할 필요가 있습니다.
주의사항
셀당 2.7V 이하로 떨어지면 과방전으로 못쓰게 됩니다.
셀당 4.2V 이상 충전되면 과충전으로 못쓰게 됩니다. 만땅 충전하여 장기 보관시 배부름(스웰링) 현상이너 화재의 위험이 있습니다.
셀간 전압 밸런스가 달라지면 배터리 수명(성능)이 감소합니다. 이를 막기 위해 밸런스 기능이 있는 충전기를 사용해야 합니다.
리튬폴리머 배터리는 반드시 직사광선 노출을 피하고(배터리가 급속도로 익음) 5-25도 사이에서 보관을 해야 하며, 30도가 넘는 온도에서 장시간 방치하면 내부 전해질이 활성화 되어 부풀어 오릅니다. 마찬가지로 추운 겨울철 영하의 날씨에 장기간 보관하면 전해질이 굳어 방전률이 급격하게 떨어져 배터리 수명이 줄고 안전사고도 일어날 수 있습니다. 그러므로 장기간 보관할 때는 신문지로 돌돌 말아서 필라멘트 테이프 등으로 감싸주는 것이 좋습니다. 리튬폴리머 배터리는 충전 시 열이 나는 게 아니라 방전 시 일어나므로 충전 중 열이 많이 난다면 대부분 내부 결정이 깨져서 연쇄 반응이 일어나고 있다는 것으로 파기해야 합니다.
보관할 때는 방전을 해준 후 3.8V까지 밸런싱 충전하는 것이 배터리를 가장 안전하게 보관하는 방법입니다. 자연방전 되더라도 1년정도는 3.7V를 유지하기 때문에 리튬폴리머 배터리의 평균 전압치를 맞춰 보관할 수 있게 됩니다. 3.7V는 흔히 사용하는 스토리지 모드(배터리의 50% 잔량), 즉 보관 모드입니다. 실제로 배터리 구입시 대부분 배터리는 3.7~3.8V로 충전되어 판매됩니다. 그 이유는 이 전압대에서는 환원, 산화 반응이 거의 일어나지 않기 때문입니다.
리튬폴리머 배터리가 충전이나 방전을 일으킬 경우 환원, 산화 반응으로 전해액 성분변화가 일어납니다. 이런 반응에 의해 점차 내부저항이 증가하고, 용량도 감소하게 됩니다. 아래 그림은 충방전 전압에 따른 화재 위험도(risk of fire)를 나타냅니다.
참고로 다음 그림은 충전 전압에 따른 배터리 수명을 나타낸 그림입니다. 비록 충전 전압이 0.1V 증가하지만 충방전이 거듭될수록 충전 용량이 급격하게 감소됨을 알 수 있습니다.
