FPV 드론 레이싱: 4s 대 6s 배터리

드론 경주에서 4셀과 6셀 리포 배터리, 무슨 차이가 있고 왜 중요한가요?

한번 알아봅시다.

우선 드론 경주가 무엇인지 알아봅시다. 드론 경주는 이와 같은 항공기를 비행하는 것으로, 시속 8200마일이 넘는 속도를 냅니다. 조종사들은 고글을 착용하여 항공기에서 보는 1인칭 시점을 확인하고, 이와 같은 무선 조종기를 사용해 조종합니다.

일반적인 경주 형식은 2분 동안 게이트와 깃발 코스를 비행하는 것을 포함합니다. 그 2분이 끝나면 조종사들은 마지막 랩을 마칠 수 있지만, 가장 큰 문제는 2분에서 2분 반 정도 되는 경주를 완주하는 것입니다. 배터리 기술은 현재 드론 경주에서 가장 제한적인 요소로, 이와 같은 리튬 폴리머 배터리가 거의 유일한 선택지임을 의미합니다. 또한 모든 설정에서 에너지 밀도를 상대적으로 일정하게 유지해야 한다는 뜻이기도 합니다. 이는 많은 조종사들이 더 높은 전압과 낮은 KV 모터를 사용하여 더 효율적인 설정을 찾도록 강요했습니다. 미래에서 온 샘이 KV를 설명해 줄 텐데, KV는 단순히 부하가 없는 모터의 이론적 RPM을 전압당 나타낸 것입니다. 이는 p = IV라는 방정식을 사용하면 전압을 높이고 전류를 낮춤으로써 출력을 상대적으로 일정하게 유지할 수 있음을 의미합니다. 또한 16.8볼트 4셀 설정과 2600 KV 모터가 25.2볼트 6셀 설정과 1750 KV 모터의 이론적 RPM 출력과 비교적 비슷하다는 것도 알 수 있습니다.

6셀의 다른 장점으로는 비행 전체에 걸쳐 더 일관성이 있고, 모터에서 더 많은 토크를 제공하여 비행 성능이 향상되며, 전자 장치에 가해지는 스트레스가 적어 에너지가 열로 손실되는 양이 줄어든다는 점이 있습니다. 1.05암페어시 6셀 배터리와 1.55암페어 4셀 배터리를 비교해 보면, 두 배터리의 와트시 등급이 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 이는 두 배터리의 무게도 매우 비슷하여 테스트 목적으로 두 기체 모두 비슷한 비행 성능을 보인다는 의미입니다. 4셀과 6셀을 직접 비교하기 전에, 최근 캘리포니아에서 열린 Open Grove 경주에 대해 논의하는 것이 중요하다고 생각합니다. 오른쪽에 있는 두 조종사에게 특히 주목하세요. 이 조종사들은 4셀 세트를 사용하고 있으며, 왼쪽 네 명은 6셀 세트를 사용하고 있습니다. 4셀과 6셀을 직접 비교하기 전에, 캘리포니아에서 열린 최근 Open Grove 경주에 대해 먼저 이야기해야 합니다. 이 경주는 고전압 세트 사용을 허용하는 규칙 변경 이후 처음 열린 대회로, 미국 전역의 많은 최고 조종사들이 참가했고 스로틀 조작이 많은 코스를 특징으로 하여 4셀과 6셀 세트 간의 차이를 보여주었습니다. 이 코스는 또한 4셀과 6셀 모두를 사용하는 많은 조종사들이 배터리를 과충전하도록 강요했습니다. 과충전은 제조사가 권장하는 한계를 넘어서 배터리를 충전하는 위험한 행위입니다. 리튬 폴리머 배터리는 셀당 4.2볼트까지만 충전해야 합니다. 일반적인 과충전은 셀당 4.35볼트 또는 4.4볼트까지 충전하는 경우가 많습니다. 이 경주에서 6셀을 사용하는 대부분의 조종사들은 이러한 한계까지 충전했습니다. 그러나 오른쪽 상단의 조종사 Vanover와 같은 일부 조종사들은 4셀 배터리를 셀당 4.75볼트까지 충전하기도 했습니다. 이로 인해 경주 중 한 배터리에서 화재가 발생했으며, 더 효율적인 6셀 세트의 장점을 보여줍니다. 4셀을 사용하는 조종사들은 출력을 제한하고 더 좁은 라인을 택하는 등의 조치를 취해야 했지만, 고전압 6셀 세트를 사용하는 조종사들은 더 큰 여유를 가지고 4셀을 사용하는 조종사들보다 조금 더 세트를 밀어붙일 수 있었습니다. 경주가 끝날 무렵 몇 가지 사실이 분명해졌는데, 그 중 가장 눈에 띄는 것은 6셀이 제공하는 경쟁 우위입니다. 6셀을 사용하는 조종사들은 대부분의 경주를 완주할 수 있었던 반면, 4셀을 사용하는 조종사들은 희생을 감수해야 했습니다. 오른쪽 하단의 Free fall은 가장 효율적인 4셀 모터 중 일부를 사용했으며, 이 모터들은 전통적인 세트보다 출력이 낮아 더 좁은 라인을 타는 것이 중요했습니다. 오른쪽 상단의 Vanover는 4셀 배터리를 6셀 전압으로 충전하는 문제를 겪은 후 6셀 세트에 대해 더 개방적인 태도를 갖게 되었습니다.

다음으로 4셀과 6셀 구성을 나란히 비교해 보겠습니다. 여기서 비행하는 두 쿼드는 거의 이상적인 비교를 위해 제작되었으며, 모터와 배터리를 제외한 동일한 부품을 사용하고 무게도 거의 같습니다. 조종석에는 전문 조종사 Zachary Thayer가 있으며, 일관되게 19초에서 22초 사이의 랩 타임을 기록합니다. 비행이 끝날 때 그의 경험과 화면상의 데이터를 통해 4셀과 6셀 간의 실제 차이를 정확히 파악할 수 있습니다.

비디오 끝으로 건너뛰어 그의 비행에 대한 생각을 듣고 기록된 데이터를 살펴보겠습니다.

여기서 두 비행 모두의 끝에 도달했습니다. 메인 화면에서는 4셀 쿼드가 착륙하는 모습을 볼 수 있고, 왼쪽 상단의 6셀 쿼드는 더 오래 비행하며 또 한 바퀴를 완주합니다. 비행 데이터의 끝부분은 비행기가 총 2분 39초 동안 작동되었고 최대 114암페어를 끌어당겼으며 배터리에서 16밀리암페어시를 사용했음을 보여줍니다. 이와 비교해 더 오래 비행한 6셀 쿼드는 최대 64암페어를 끌어당겼고 배터리에서 단지 170밀리암페어시만 사용해 6셀 구성의 효율성이 증가했음을 보여줍니다. 이는 더 오래 비행하면서도 배터리 용량의 더 작은 비율을 사용했기 때문입니다.

이제 조종사가 비행과 6s에 대한 생각을 어떻게 말했는지 들어봅시다: 저에게 가장 두드러진 부분은 전력 전개 후 분할 지점까지의 전속력 펀치였는데, 회복하고 말씀하신 그 진짜 평평한 각도를 맞추기가 더 어려웠습니다. 내려와서 바로 맞추는 것이 더 힘들었죠. 영상을 보면 약간 흔들리는 것을 볼 수 있을 겁니다. 그리고 그 직후 게이트를 통과하는 헤어핀에서는 코너에서 빠져나오는 것이 점점 더 어려워졌습니다. 배터리 끝부분에서 지속되는 이 긴 전력은 6셀 쿼드의 가장 눈에 띄는 특징 중 하나입니다. 또한 배터리의 낮은 암트랄과 일관성이 맞물려, 다음에 누비가 설명할 더 큰 일관성으로 이어집니다.

가장 큰 차이점은 6s가 일관성 덕분에 훨씬 조종하기 쉬웠다는 점입니다. 이것은 과학적 테스트를 시도할 때 드러내기 어려운 부분인데, 왜냐하면 자신감이 더 생기기 때문입니다. 사람들은 그게 주관적이라고 말할 수도 있지만, 레이싱은 장비 게임 위에 정신 게임이 얹혀진 것이기 때문입니다. 제가 말하고 싶은 가장 큰 차이점은 6s로 완전한 전력을 쏟아부었을 때 여전히 빠르게 갈 수 있다고 느꼈다는 점이고, 반면 4s의 일관성에서는 완전한 전력 투입이 아니었고 끝부분에서 버티기 힘들었다는 것입니다.

비행 전체에 걸친 일관성은 조종사들에게 가장 중요한 것 중 하나입니다. 비행 끝부분에서 조작의 작은 변화가 추락으로 이어질 수 있기 때문입니다.

4s 배터리가 떨어질 때 가장 크게 느낀 점은 튠이 실제로 느슨해진다는 것입니다. 마치 지금 3s로 비행하는 것 같은 느낌이 듭니다. 예를 들어 6s 1300mah 리포로도 여전히 라인을 쉽게 맞출 수 있었는데, 이 점이 문득 떠올랐습니다. 현재 6s의 최저 전압이 4s의 최저 전압에 비해 실제로 더 높기 때문에 훨씬 더 일관된 느낌이 들고, 쿼드가 실제로 더 일관되게 비행한다고 생각합니다.

요약하자면, 조종사들의 기술이 계속 향상됨에 따라 6cm가 진정한 레이싱의 미래라고 생각합니다.

그리고 경주가 점점 더 경쟁적으로 변함에 따라, 우리는 기술의 한계를 더욱 밀어붙여야 합니다.

더 긴 비행 시간과 더 일관된 비행을 달성하기 위해서입니다. 그런데 이 모든 것이 물리학과 어떻게 관련이 있을까요?

이것은 배터리의 이점을 위해 전류 소모를 줄이면서도 전력을 유지하려는 이론의 흥미로운 새로운 응용입니다. FPV 레이싱은 정말 가난한 사람들의 F1과 같아서, 소비자들은 성능을 극대화하기 위해 계속해서 사용 가능한 기술을 밀어붙여야 합니다. 드론 레이싱의 미래가 고전압을 포함할 것이라는 데는 의심의 여지가 없으며, 이와 같은 이론이 실제 테스트와 결합되어 우리가 알고 있는 스포츠를 진정으로 변화시키는 모습을 보는 것은 매우 흥미롭습니다.