이 시리즈의 A 편에서는 선박용 AIS 및 GMDSS 휴대용 단말기 내부 배터리의 부하 프로파일을 그렸다. 긴 대기 시간, 짧은 대전류 송신 펄스, 그리고 수년간 캐비닛에 보관된 후에도 즉시 사용 가능해야 하는 법규상 1차 전지이다. B 편에서는 원리에서 선정과 설계로 넘어간다. 대상은 일상용, 선박용, 훈련용 휴대용 VHF 무전기 또는 휴대용 AIS 장치를 위해 충전식 배터리 팩과 충전 인터페이스를 사양화해야 하는 OEM 엔지니어와 해양 장비 구매 담당자이며, 이 제품을 세계해상조난안전시스템(GMDSS)이 실제로 요구하는 밀폐되고 날짜가 표기된 비상용 배터리와 혼동해서는 안 된다. 본문의 듀티 사이클 산술, 용량 수치, 전압 곡선은 illustrative(예시)로 명시한 풀이 완료된 엔지니어링 예이다. 표준과 가동 시간 참조는 원본 문서에서 인용하며, 실제 기기의 인증 값은 항상 형식 승인 증서에 따른다.
핵심 사항 1. IMO 결의 MSC.149(77)와 IEC 61097-12는 구명정 양방향 VHF 무전기의 1차 전지를 최대 정격 출력에서 1:9 듀티(송신 6초, 스켈치 개방 임계값 초과 수신 6초, 임계값 미만 수신 48초)로 8시간 동안 사용하도록 사이징한다. 영국 MSIS 가이던스는 최소 8시간, 바람직하게 24시간을 권장한다.
핵심 사항 2. AIS-SART는 IEC 61097-14로 규율되고 IMO MSC.246(83)과 정렬되며, AIS 채널 161.975 MHz와 162.025 MHz에서 ITU-R M.1371 권고를 사용한다. 대표적인 시판 AIS-SART는 밀폐형 1차 리튬으로 약 96시간 송신하고, 개인용 AIS-MOB는 1 W에서 약 48시간 작동한다.
핵심 사항 3. 밀폐형 NiMH 셀의 공칭 전압은 1.2 V이므로, 6개 직렬은 7.2 V, 8개 직렬은 9.6 V가 된다. 팩 용량은 송신 피크 전류만이 아니라 듀티 사이클의 평균 전류와 저온·수명 종료 전압으로 사이징한다.
핵심 사항 4. 휴대용 밀폐형 NiMH 셀은 성능을 IEC 61951-2, 니켈계 안전을 IEC 62133-1, 운송을 UN 3496으로 규정한다. IATA A199 특별 규정은 NiMH가 리튬 위험물 제한의 대상이 아님을 확인한다. 선박용 휴대 무전기는 일반적으로 IEC 60529에 따라 IPX7(1 m 침수)로 밀폐된다.
핵심 사항 5. 법규상 날짜가 표기된 1차 리튬 비상용 배터리를 충전식 NiMH 팩으로 대체할 수 없다. 예를 들어 Icom BP-234는 9.0 V/3300 mAh 1차 리튬 팩으로 장착 시 IPX7이며, GMDSS 적합을 위해 IC-GM1600E와 함께 사용해야 한다. 밀폐형 NiMH는 크래들에서 운용하는 일상용, 선박용, 훈련용 무전기에 사용한다.
가장 중요한 선정 결정은 어떤 용량 계산보다 먼저 이뤄진다. 팩이 실제로 어떤 배터리인지 확인하는 것이다. 밀폐된 비상 장치—구명정에 가져가는 양방향 VHF, 브래킷에 장착된 AIS-SART, 구명조끼의 AIS-MOB 비콘—는 성능 법규 표준의 적용을 받으며, 변조 방지 씰 또는 비교환식 밀봉이 있는 밀폐되고 날짜 표기된 1차 리튬 배터리가 함께 제공된다. 이 배터리는 VHF에서 2년 이상, 대표적인 AIS 비콘에서는 일반적으로 6~8년 보관 후에도 즉시 사용 가능해야 하고 만료일에 교체한다. 충전식이 아니며, 충전식 NiMH 팩을 그 대체품으로 판매해서는 안 된다.
정당한 충전식 용도는 그 밀폐 장치 주변의 모든 것이다. 조타실, 갑판, 작업정에서 사용하는 일상용 휴대 VHF, 도선사 이송과 접안에 사용하는 휴대용 AIS, 훈련 함대, 그리고 제조사가 밀폐형 1차 전지에 더해 충전식 팩과 크래들을 포함해 납품하는 '풀 키트' GMDSS 휴대 무전기이다. 이 무전기들은 매일 충전, 훈련, 교체, 재사용되며 GMDSS 조화 가이던스는 빈번한 실제 사용을 명확히 장려한다. 밀폐형 NiMH는 이 역할에 잘 맞는다. 거친 취급과 얕은 방전에 견디고, 평탄하고 예측 가능한 펄스 응답을 보이며, 운송상 리튬을 포함하지 않고, 더 높은 임피던스 화학계를 심하게 교란할 저온 노출에서도 회복한다. 아래 표는 설계 시작 전에 경계를 고정한다.
| 장치와 역할 | 배터리 화학계와 설계 기반 |
|---|---|
| 구명정 양방향 VHF (밀폐형 비상 장치) | 밀폐형 1차 리튬; 씰과 날짜; MSC.149(77)/IEC 61097-12에 따라 1:9로 8시간; 다년 보관; 예 Icom BP-234 9.0 V/3300 mAh, IPX7 |
| 법규 AIS-SART 및 AIS-MOB 비콘 | 밀폐형 1차 리튬; 기기 예시 SART 약 96시간, MOB 약 48시간; IEC 61097-14, MSC.246(83), ITU-R M.1371; 다년 보관 |
| 일상용/선박용/훈련용 휴대 VHF | 밀폐형 NiMH 또는 충전식 Li-ion; 크래들에서 충전, 사이클, 훈련; 다년 보관이 아닌 당직 시간으로 사이징 |
| 조타실과 작업정용 휴대/핸드헬드 AIS | 밀폐형 NiMH 또는 충전식 Li-ion; 운용 시 선박 또는 크래들에서 급전; 구명 무전기와 동일한 대기→송신 펄스 부하 |
| 알카라인/건전지 예비 케이스 | 많은 무전기는 밀폐형 AA 케이스(예 LR6 × 5)를 수용한다. 유용한 비상 예비이지만 날짜 표기된 법규 1차 전지의 대체품은 아니다 |
휴대용 VHF는 매우 다른 세 가지 전류를 소비한다. 송신 시에는 RF 출력 뒤의 전류—대표적인 2 W 휴대 기기에서 약 1 A—에 논리와 오디오 부하를 더해 공급해야 한다. 스켈치 개방 임계값 초과 수신에서는 약 120~200 mA, 스켈치 폐쇄·대기 상태에서는 20~50 mA만 소비할 수 있다. IEC 61097-12의 구명정 부하 프레임은 일상 무전기에도 편리하고 보수적인 모델이다. 송신 6초, 임계값 초과 수신 6초, 임계값 미만 48초를 60초마다 반복한다. 듀티 사이클의 평균 전류는 한 프레임에서 이들 상태의 가중 합이다:
I_avg = (6 s × I_tx + 6 s × I_rx + 48 s × I_stdby) / 60 s
송신 1.0 A, 능동 수신 0.15 A, 대기 0.03 A의 예시 값에서 평균은 (6 × 1.0 + 6 × 0.15 + 48 × 0.03) / 60 = 8.34 / 60 = 0.139 A, 즉 약 139 mA이다. 팩이 전달해야 하는 총 전하량은 평균 전류에 가동 시간 목표를 곱한 것이다. VHF의 법규 목표는 8시간이고, 영국 MSIS는 운용 구명 무전기에 최소 8시간, 바람직하게 24시간을 제시한다. 현명한 일상 팩 설계자는 크래들에 항상 돌려놓지 않을 수도 있는 일상 무전기가 긴 당직을 견뎌야 하므로 24시간을 바람직한 목표로 삼는다. 139 mA에서 8시간은 약 1.11 Ah, 24시간은 약 3.34 Ah의 총 전하량을 필요로 한다. 이들은 디레이팅 전 값이며, 3단계에서 선택할 셀 용량은 더 클 것이다.
그림 1. 선박용 휴대 무전기용 충전식 팩의 선정 및 사이징 6단계 (예시 설계 순서이며 제조사 절차가 아니다).
용량을 선택하기 전에 직렬 길이는 무전기의 전압 창과 저전압 컷오프에 일치해야 한다. 밀폐형 NiMH 셀은 공칭 1.2 V, 새 충전 후 약 1.42 V에 도달하고 약 1.0 V 근처에서 방전된 것으로 간주한다. 시판 선박용 휴대 무전기의 대부분은 두 가지 전압 등급 중 하나를 중심으로 제작된다. 2셀 Li-ion 팩과 동일한 공칭 전압을 가진 7.2 V 등급(Icom BP-265가 7.2 V Li-ion 예시)은 6직렬 NiMH에 해당한다. 6셀 팩은 새 제품 약 8.5 V에서 빈 제품 약 6.0 V까지 진행된다. 법규 1차 전지가 Icom BP-234 9.0 V인 기기를 포함하는 9 V 등급은 8직렬 NiMH에 해당하며, 새 제품 약 11.4 V에서 빈 제품 약 8.0 V까지 진행된다. 병렬 브랜치는 이후 용량과 전류 분배를 위해서만 추가하고 전압을 위해서는 아니다.
| NiMH 구성 | 전압 공칭/새 제품/빈 제품 | 대표적인 무전기 등급 |
|---|---|---|
| 6S (6직렬) | 7.2 V/8.5 V/6.0 V | 7.2 V 등급 휴대 VHF (Li-ion 2S와 동등한 일반 등급). 컷오프는 저온 6S 펄스 전압보다 낮아야 함 |
| 8S (8직렬) | 9.6 V/11.4 V/8.0 V | 9 V 등급 무전기와 9 V 1차 전지 대체 (예 BP-234 9.0 V 등급) |
| 병렬 브랜치 추가 (nP) | 전압은 변하지 않음; 용량과 펄스 전류 공유 | 당직 용량 달성과 셀당 펄스 전류 절반에 2P, 3P 사용 |
팩 설계자는 무전기의 실제 컷오프를 가정하지 말고 검증해야 한다. 너무 높은 컷오프는 사용 가능한 용량이 남아 있는데도 배터리가 방전되었다고 선언하고, 너무 낮은 컷오프는 저온에서 긴 송신 시 셀의 심방전 위험이 있다. 직렬 셀은 동일한 생산 로트에서 매칭해야 하며, 약한 셀이나 역전된 셀이 긴 당직 중에 깊은 반전으로 몰리지 않도록 팩을 제작해야 한다.
1단계의 총 전하량은 셀의 공칭 용량이 아니다. 팩이 수명 종료, 차가운 갑판, 전압을 끌어내리는 송신 펄스에서 설계 마진을 유지하며 그 전하를 전달해야 하기 때문이다. -20 °C 사용 가능 용량 약 0.85, 수명 종료 공칭 지점 약 0.85, 설계 마진 1.15라는 예시 계수를 적용하면 복합 사용 가능 비율은 약 0.63이 된다. 따라서 8시간 목표 1.11 Ah에는 공칭 약 1.8 Ah 팩이, 바람직한 24시간 목표 3.34 Ah에는 약 5.3 Ah가 필요하다. 실무에서는 표준 대전류 AA 셀 또는 더 큰 sub-C/SC 셀로 달성한다. 대전류 AA 6개 단일 직렬(약 2.0 Ah)은 저온·수명 디레이팅 후 8시간 값을 간신히 충족하므로, 6S2P AA(약 4.0 Ah)가 여유 있는 8시간 설계이고, 6S3P AA(약 6.0 Ah) 또는 6S2P 대용량 sub-C/SC가 바람직한 24시간 값을 충족한다.
| 가동 시간 목표 (예시) | 139 mA에서 총 전하량 | 약 0.63 계수 후 공칭 | 대표적인 팩 |
|---|---|---|---|
| 8시간 (VHF 법규 최소) | 약 1.11 Ah | 약 1.8 Ah | 6S1P 대전류 AA는 간신히; 6S2P AA(약 4.0 Ah)가 여유 |
| 24시간 (운용상 바람직) | 약 3.34 Ah | 약 5.3 Ah | 6S3P AA(약 6.0 Ah) 또는 6S2P 대용량 sub-C/SC |
송신 펄스는 용량을 크게 잡는 두 번째 이유이다. 1 A, 7.2 V 직렬에서 단일 2.0 Ah AA 셀은 송신 버스트에서 약 0.5 C를 요구받는다. 이는 대전류 셀의 역량 범위 내이지만 저온에서 눈에 띄는 전압 강하를 일으키고, 잔량이 이미 낮은 당직 말미에는 강하가 더 깊다. 설계자는 대전류·저내부저항 셀을 지정하고, 병렬 브랜치를 추가해 셀당 펄스 전류를 절반으로 줄이고, 가장 차가운 수명 종료 펄스 끝에서 팩 전압이 무전기 컷오프보다 높게 유지되는지 확인한다. 아래 예시 전압 곡선은 팩이 24시간 당직 동안 주기적인 송신 침하와 함께 서서히 하강하며 컷오프 위에 머무르는 것을 보여준다. 실제 곡선은 무전기와 셀에 따라 다르며 가정이 아닌 측정해야 한다.
그림 2. 주기적인 송신 펄스를 포함하는 24시간 당직의 팩 전압; 팩은 가장 차가운 수명 종료 펄스에서 컷오프 위에 머물도록 사이징 (예시이며 실측 아님).
충전 전략은 사후 추가가 아니라 배터리 제품의 일부이다. NiMH 완전 충전 감지는 특징적인 -delta V 전압 강하와 dT/dt 온도 상승에 의존하고 안전 타이머로 보강한다. 속도보다 신뢰성이 중요한 선박용 크래들에서 보수적인 방법은 0.1 C 야간 충전(약 14~16시간)과 이후 C/20~C/40 유지 충전으로, 셀을 과열하지 않고 무전기를 크래들에 둘 수 있을 만큼 온화하다. 얼어붙은 갑판이나 따뜻한 뗏목 컨테이너에서 돌아온 팩이 실온으로 돌아온 뒤 충전할 수 있도록 약 0~45 °C 밖에서는 충전을 금지해야 한다. 팩에는 일반적으로 서미스터가 있어 크래들이 이를 강제할 수 있다. 크래들은 충전 모듈을 통해 선박 12 V 또는 24 V DC를 받고, 염분 공기에서 고착되지 않는 내식 또는 금도금 접점을 사용하며, 무전기 장착 시 IPX7 밀봉을 유지한다.
팩 내부에서 셀은 스프링 클립이 아닌 용접 탭, 매칭 셀, 열수축 튜브, 충격 절연을 사용하여 IEC 60945와 IEC 61097-12의 낙하 및 진동 시험이 연결을 끊지 않게 한다. 온도 퓨즈 또는 자기 복구 보호 소자가 외부 단락과 과전류를 방지하고, 하우징은 가스켓, 가스 배출 경로, 견고한 셀 고정을 사용한다. 외부 피복은 구명 무전기와 동일하다. 작동 범위 -20~+55 °C, IEC 60529의 IPX7 요건(1 m에서 30분; 비상 장치 자체는 IEC 61097-12로 1 m에서 최소 5분)까지 침수, 염수 분무 내성, 침수복 장갑을 낀 인원의 작동. 일상 무전기가 지원하는 안전 장치처럼 동작하도록 각 특성을 규정한다.
일상 선박 무전기용 충전식 NiMH 팩은 명확하지만 의도적으로 제한된 적합 경로를 따른다. 셀 자체는 휴대용 밀폐 NiMH 셀의 성능과 치수를 IEC 61951-2, 니켈 함유 밀폐 셀과 배터리의 안전을 IEC 62133-1로 규정한다. 장비 하우징은 환경·EMC의 IEC 60945, IP 코드의 IEC 60529이다. 운송은 간단하다. NiMH 배터리는 UN 3496으로 발송되고, IATA A199 특별 규정은 단자의 단락 보호를 조건으로 리튬 위험물 규칙의 대상으로 다루지 않는다. 이는 무전기와 예비 부품을 항공 운송하는 OEM에게 리튬 대비 중요한 실무상 이점이다. 다만 법규 비상 장치 자체는 EU 선박 장비 지침 2014/90/EU에 따른 MED 방륜 마크를 보유하며, 그 승인은 완전한 밀폐 장치와 날짜 표기된 1차 전지에 묶여 있다. 충전式 NiMH 팩은 방륜 마크가 있는 비상 전원을 확장하거나 대체하지 않으며, 둘을 도면, 데이터시트, 마케팅 주장에서 혼동해서는 안 된다.
| 측면 | 일상 충전식 NiMH 팩에 대한 참조 |
|---|---|
| 셀 성능과 치수 | IEC 61951-2 (휴대용 밀폐 NiMH 셀, 원통형, 각형, 버튼형) |
| 셀과 배터리 안전 | IEC 62133-1 니켈 안전; 운송 시험은 IEC 62281 실무와 정렬 |
| 환경과 침투 | IEC 60945 해양 환경/EMC; IEC 60529 IPX7 (1 m/30분); 염수 분무, -20~+55 °C |
| 운송 | UN 3496; IATA A199 특별 규정——리튬 제한 대상 아님; 단자 보호 |
| 법규 비상 경계 | 지침 2014/90/EU의 MED 방륜 마크는 밀폐 장치와 날짜 표기된 1차 리튬에 남아 있으며 NiMH로 대체되지 않는다 |
없다. 밀폐된 구명정 양방향 VHF는 IMO MSC.149(77)와 IEC 61097-12에 따라 다년 보관 후 1:9로 8시간을 제공하는 날짜 표기된 1차 전지 탑재가 의무이며, 일반적으로 Icom BP-234(9.0 V/3300 mAh, 장착 시 IPX7) 같은 밀폐형 1차 리튬 팩이다. 밀폐 NiMH는 크래들에서 충전되고 정기적으로 훈련되는 일상용, 선박용, 훈련용, 풀 키트 무전기용이며 법규의 밀폐 비상 전원용이 아니다.
60초 프레임에서 듀티 사이클 평균 전류로부터: I_avg = (6 × I_tx + 6 × I_rx + 48 × I_standby) / 60. 1.0 A, 0.15 A, 0.03 A 예시 전류에서 약 139 mA. 여기에 가동 시간 목표(8시간 또는 영국 MSIS에 따른 바람직한 24시간)를 곱하고, 저온·수명 종료·설계 마진의 복합 계수(풀이 완료된 예에서 약 0.63)로 나눈다. 표준 셀 구성을 선택하기 전에 8시간에서 공칭 약 1.8 Ah, 24시간에서 약 5.3 Ah를 얻는다.
각 밀폐 NiMH 셀은 공칭 1.2 V이다. 6직렬은 7.2 V(새 제품 약 8.5 V, 빈 제품 약 6.0 V)를 주며 Li-ion 2S 팩과 동일한 공칭 등급의 7.2 V 휴대 무전기에 적합하다. 8직렬은 9.6 V(새 제품 약 11.4 V, 빈 제품 약 8.0 V)를 주며 BP-234 9.0 V 1차 전지 등급 같은 9 V 등급 무전기에 적합하다. 병렬 브랜치는 용량과 펄스 전류 분배를 위해서만 추가하고, 무전기 저전압 컷오프는 저온·수명 종료 팩 전압에 대해 검증해야 한다.
한다. 단, 의식적인 디레이팅을 수반한다. 저온은 내부저항을 높이고 사용 가능 용량과 펄스 종단 전압을 낮춘다. 설계자는 대전류·저내부저항 셀을 사용하고, 팩을 크게 사이징하고, 병렬 브랜치를 추가해 셀당 펄스 전류를 낮추고, 가장 차가운 수명 종료 송신에서 무전기가 컷오프에 도달하지 않음을 확인한다. 팩은 얼어붙은 상태가 아니라 약 0~45 °C로 돌아온 뒤 충전해야 한다.
법규 기능에는 사용할 수 없다. IEC 61097-14와 MSC.246(83)의 AIS-SART는 약 96시간 송신, 개인 AIS-MOB는 약 48시간 송신을 훈련 없이 다년 보관 후 요구하므로, 시판 기기는 밀폐형 1차 리튬을 사용한다(예 McMurdo SmartFind S5A, AMEC PLOMO-500, SAILOR 5052). 충전식 화학계는 그런 즉시 사용성을 보장할 수 없다. 충전식 AIS는 선박 또는 크래들에서 급전 및 충전되는 휴대용 트랜스폰더로 제한된다.
휴대용 밀폐 NiMH 셀 성능에 IEC 61951-2, 니켈계 안전에 IEC 62133-1, 해양 환경·EMC에 IEC 60945, IPX7 보호에 IEC 60529, 항공 운송에 UN 3496와 IATA A199(리튬 위험물 제한을 부과하지 않음)를 사용한다. 완전한 비상 장치 자체는 지침 2014/90/EU에 따른 MED 방륜 마크를 보유하며, 그 승인은 충전식 팩으로 이전되지 않는다.
성능 표준과 참조: IMO 결의 MSC.149(77)와 IEC 61097-12(구명정 양방향 VHF; 1:9로 8시간; 1차 전지 보관 수명), IMO 결의 MSC.246(83)와 IEC 61097-14(AIS-SART), ITU-R M.1371 권고(AIS 기술 특성, 161.975/162.025 MHz), IEC 61108(GNSS), IEC 62287(선탑재 AIS A/B급), IEC 60945(해양 항법 및 무선 장비 환경과 EMC), IEC 60529(IP 코드, IPX7), IEC 61951-2(휴대용 밀폐 NiMH 셀), IEC 62133-1(니켈 셀 안전), UN 3496와 IATA A199(NiMH 운송), EU 지침 2014/90/EU(선박 장비, MED 마크), UK MSIS 12장(최소 8시간, 바람직하게 24시간 가이던스).
화학계 경계를 고정하기 위해 사용한 대표적인 제품 데이터: Icom BP-234(9.0 V, 3300 mAh, 1차 리튬, IPX7, IC-GM1600E와 사용), Icom BP-265(7.2 V Li-ion), Icom BP-291(LR6 AA × 5 케이스), McMurdo SmartFind S5A AIS-SART(약 96시간, 다년 보관), AMEC PLOMO-500 AIS-SART, SAILOR 5052 AIS-SART. 본문의 모든 용량, 전류, 전압 계산은 illustrative로 표기한 풀이 완료된 엔지니어링 예이며, 기기의 실제 인증 값은 형식 승인 증서와 데이터시트에 따른다.
Weijiang Power 은 일상용 및 훈련용 VHF 무전기와 휴대용 AIS 무전기를 포함한 해양 및 산업 OEM 휴대 장비용 밀폐형 NiMH 및 Li-ion 배터리 팩과 충전 크래들을 제조합니다. 각 팩을 듀티 사이클 평균 전류로부터 사이징하고, 6S 또는 8S 직렬을 무전기 전압 창에 맞추며, 차가운 송신 펄스에 대응하는 대전류 셀을 지정하고, -delta V/dT 또는 0.1 C 충전, IPX7 밀봉, 염분 내성을 중심으로 크래들을 설계하여 IEC 61951-2, IEC 62133-1, UN 3496(IATA A199) 경로를 따릅니다. GMDSS가 요구하는 밀폐되고 날짜 표기된 1차 리튬 비상 배터리는 대체하지 않습니다. 승무원을 훈련하고 일상 무전기 함대를 운용 가능하게 유지하는 충전식 하드웨어를 구축합니다. 무전기 주파수 대역, 송신 출력, 듀티 사이클, 전압 창, 온도 범위, 가동 시간 목표를 알려주시면 팩과 충전 인터페이스를 함께 사이징하겠습니다. C 편에서는 완성된 팩과 그 장치가 통과해야 하는 형식 시험, 인증, 운송 체제로 넘어갑니다.
