항공기 배터리의 충전 방법은?

배터리는 직류 저장 장치다.

배터리는 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸고(방전), 전기 에너지를 화학 에너지로 저장(충전)하는 장치다. 이때 방전과 충전할 때 공급하고 공급받는 전기는 직류(Direct Current)다. 교류는 저장할 수 없다.

항공기용 배터리는 일상용 배터리와 다르다?

우리가 매일 사용하는 스마트폰, 노트북, 기타 전자기기에 들어있는 배터리는 리튬이온 배터리다. 보잉 787의 배터리도 리튬이온 배터리다. 그러나 일반항공용 항공기는 납산 배터리(Lead-Acid battery)를 사용하고, 상용항공기 대부분은 니켈-카드뮴(Ni-Cd battery)를 사용한다.

니켈-카드뮴 배터리의 장점
  • 저온에서 성능이 우수하다.
  • 고부하 특성이 우수하다.
  • 수명이 길다.
  • 90%까지 방전하더라도 전압이 거의 일정하다.

B787 드림라이너는 리튬이온 배터리를 사용하지만, 대부분은 니켈-카드뮴 배터리라고 생각하면 된다. 그리고 B787은 한동안 배터리 때문에 비행을 중단한 적도 있었다.

항공기용 배터리는 비상용이다?

항공기의 전기 계통이 모두 정상이면, 교류 전력을 직류로 바꿔서 직류 계통에 사용한다. 즉, 배터리의 전력을 사용하지 않는다. 보잉 737을 기준으로 설명하면, 48Ah 용량의 니켈 카드뮴 배터리를 두 개 장착한다. 각 배터리의 셀은 20개씩이다.

 

주 배터리(Main battery)의 기능

• 정상적인 전원을 사용할 수 없을 때 비행기의 중요 시스템(교류와 직류 standby bus)에 전원 공급
• 교류 계통의 제어와 보호를 위한 백업 전원을 공급
• APU 시동에 필요한 전원 공급

보조 배터리의 기능

• 주 배터리가 중요 시스템에 전원을 공급하는 것을 도와준다.

완전 충전한 배터리는 비상 시에 교류 전원과 직류 전원을 최소 60분 동안 공급한다.

배터리의 용량을 나타내는 단위가 Ah, mAh이다.

Ah는 Ampere hour를 의미한다. 암페어(Ampere)는 전류의 단위다. 따라서 B737 배터리의 용량이 48Ah라는 것은 이론적으로 아래와 같은 의미다.

• 1 암페어의 전류를 48시간 공급할 수 있다.
• 2 암페어의 전류를 24시간 공급할 수 있다.
• 6 암페어의 전류를 8시간 공급할 수 있다.

실제는 공급하는 전류가 커지면, 공급할 수 있는 시간은 줄어든다. 스마트폰을 예로 들면 하루에 몇 통의 전화를 하고 간단한 SNS만 한다면 2~3일 쓸 수 있다고 하자. 그럼 여기에 유튜브를 몇 번 봤다면 2일 정도는 쓸 수 있어야 할 것 같은데 하루밖에 못쓰는 이유는 영상을 보는데는 상대적으로 고전류를 사용하므로 배터리의 용량이 많이 줄어든다. 참고로 아이폰 14의 배터리 용량은  3,279mAh(3.279Ah)이고 갤럭시 Z 플립 4의 배터리 용량은 3,700mAh(3.7Ah)이다.

 

항공기의 배터리는 일정 시간동안 일정 전류를 공급할 수 있는지를 나타내는 시간 방전율을 적용한다. 보통 5시간 방전율을 적용한다.

항공기 배터리는 전자장비실(EE)에 있고, 전방화물실에서 접근한다.

배터리의 충전법에 정전압법과 정전류법이 있다.

말 그대로 정전압법은 일정한 전압을 공급하면서 충전하는 방법이고, 정전류법은 전류를 일정하게 공급하면서 충전하는 방법이다.

 

B737충전 방법을 간단히 살펴보자. 배터리 충전기는 3상 115V 교류 전원을 직류 전원으로 변경하여 공급한다.

• 보통 배터리 충전기는 Transformer Rectifier(변압 정류기) 모드에 있다. 이 모드는 정전압을 공급하며, 최대 65 암페어를 공급할 수 있다.
• 배터리 전압이 23V 미만이면, 충전기는 충전 모드로 바뀐다. 이 모드는 정전류를 공급한다. 과충전(overcharge) 기간이 지나면 충전기는 27.5V의 변압 정류기 모드로 들어가며, 배터리가 조금씩 충전된다.

일상에서 사용하는 충전기는 변압 정류기이다.

가정에는 220V 교류가 들어온다. 보통 스마트폰 충전기의 출력은 5V 직류다. 즉 220V 교류를 먼저 5V 교류를 바꾼(변압) 후에 다시 5V 직류로 바꿔서(정류) 공급한다.