C-rate에 대하여 알아보자

1. C-rate

Capacity Rate의 줄임말이다. 한국말로는 충방전율 이라고 표현한다.  1C, 10C, 0.5C, 40C 등 다양한 값의 배터리팩이 존재한다. 보통 RC Car 하시는 분들이 익숙한 표현이다. 한국말 표현에서 짐작할 수 있겠지만 얼마나 충전이 잘되냐와 얼마나 방전이 잘되냐를 가늠할 수 있는 지표이다. 살짝 다른 말로 표현한다면 얼마나 빨리 충전할 수 있는지와, 얼마나 빨리 방전시킬 수 있냐를 나타내는 지표이다. (= 충방전속도)

2. 계산식

계산식은 생각보다 간단하다.

충방전시 최대로 걸릴수 있는 부하(Current)를 배터리 용량으로 나누면 된다.

최대 방전을 20A로 할 수 있는 배터리가 용량이 2000mAh이라면, 이 배터리의 방전능력은 10C이다. 

3. 충전율과 방전율

배터리가 충전율 및 방전율이 동일한지는 잘 모르겠으나, 배터리 제조사가 제공하는 Spec을 봐도 충전율이 방전율보다 한참 아래이다. 즉 배터리 제조사는 분명이 충전율과 방전율의 값이 다름을 표시하고 있다.

내가 좋아하는 LG의 HG2 배터리를 예를 들어 보자. 제품의 Spec에 최대충전 4A, 최대방전 20A, 용량은 3000mAh라 명시하였다. 이를 위의 공식에 대입해 보면 아래와 같다.

충전률 = 4 / 3 = 1.333C

방전률 = 20 / 3 = 6.666C

내가 찾아본 배터리 중에서 방전율이 가장 높은 18650 배터리는 20C의 값을 가진다.  일반방전 18650 배터리는 2C 정도의 값을 가진다고 생각하면 된다. 

고방전 18650 배터리의 최대충전이 4A인 것도 생각해 볼 부분이다. 무슨 이야기냐 하면 배터리를 충전할때 4A 이상의 부하로 충전을 하면 배터리가 열이나며, 화재 폭발의 위험이 있을 수 있다는 것이다.  물론 병렬 연결된 경우, 병렬 갯수만큼 전류를 높여도 된다. 내가 가진 DeWALT, Bosch 충전기는 후면에 최대 4A의 출력이라고 명시하고 있다.  배터리의 충전레벨이 낮은 경우 거의 4A로 충전을 하고 약 80% 정도 충전된 경우 전류를 많이 낮추어서 충전하는 것으로 알고 있다. 

4. 속도?

방전능력은 몇 A로 전기를 뽑아내는 것인데 속도랑 무슨 관계인지 의아해 할 것이다. C-rate가 무슨 속도와 관계된 것이냐 하겠지만  C-rate 계산식 자체가 시간을 포함하는 공식이다.

표준은 1C 이다. 이것이 의미하는 이야기는 정말 단순한데 최대 방전능력으로 배터리를 사용한다면 1시간 동안 사용할 수 있다는 의미이다.  배터리가 낼 수 있는 최대 방전능력으로 사용한다면 얼마나 사용할 수 있는 가를 아래에 예를 들었다.

0.1C = 10시간

0.5C = 2시간

2C = 30분

4C = 15분

5C = 12분

10C = 6분

5. 마지막으로

 방전 능력이 높은 배터리 일수록 더 높은 힘을 낼 수 있지만, 사용하는 전동 공구가 얼마나 받아줄 수 있냐도 관건이다.  보통 전동 드릴은 무부하에 3A정도 걸리고 부하시에 7A 정도 까지 걸린다. 평균 4A로 생각한다면 DeWALT의 5Ah 배터리는 75분 정도 사용가능하다. 이 경우 배터리팩이 가지는 최대 방전능력으로 동작하지는 않는다 보통 DeWALT의 5Ah 배터리팩은 30A (6C) 정도의 방전 능력이 있는 것으로 짐작된다. 

 현장에서 사용하시는 분들의 이야기를 들어보면 5Ah 배터리로 그라인더 작업시 대략 30분 정도를 생각하는 것 같다. (사용 환경에 따라서 편차가 크다.)  역산해보면 그라인더는 평균 10A정도로 부하가 걸린다고 볼 수 있다.  최근 중국에서 구매한 BLDC 5인치 그라인더를 테스트 해보니 무부하에 8A정도 걸렸다. 즉 상시 부하가 걸리는 것이 아니니 평균을 잡아보면 10A정도가 맞는듯 하다.  

보통 무선 전동공구와 관련된 회사가 배터리팩의 방전능력을 명시하지 않는다. 개인이 배터리팩을 만든다면 최소 20A 정도의 설계는 해야 하며,  연속해서 사용해야 한다면 30A 이상으로 설계 하는 것을 추천한다.  내 경우 그라인더를 위해서 최대 40A가 되도록 설계 하였다.