14 / 30 · 에너지

한 번 충전으로 몇 시간: 전력 예산

01 · 무엇을 배우나

배터리가 버티는 시간은 꺼내 쓸 수 있는 에너지(Wh)를 평균 소비 전력(W)으로 나눠 어림합니다.

02 · 3D 실험

직접 움직여 보기

배터리에서 꺼내 쓸 수 있는 에너지와 로봇이 평균으로 쓰는 전력을 바꿔 가며 몇 시간 버티는지 보는 학습용 모형입니다. 결과는 충전 손실·열·전압 변동을 뺀 이상값이라 실제 로봇은 이보다 짧게 버팁니다. 입력 범위가 50~500 Wh여서 G1(분해 보고서 420 Wh)은 들어가지만, 옵티머스(2022 시제품)·Figure 03의 2.3 kWh 팩은 범위 밖입니다. 그래서 이 실험은 작은 로봇 기준으로 셈을 익히는 모형입니다. 화면의 3D는 휴머노이드가 아니라 바퀴 달린 작은 이동 로봇이고, 움직여 보기를 누르면 그 조건으로 10분 동안 달린 모습을 보여 줍니다. 10분 동안 쓴 몫이 클수록 배터리 칸이 더 많이 어두워지고, 10분도 못 버티는 조건이면 길 중간에서 멈춥니다.

조건을 바꾸면 아래 결과가 바로 바뀌고, 움직여 보기를 누르면 3D에서 그 조건의 움직임을 볼 수 있습니다. 3D를 열지 않아도 조절기와 결과는 그대로 쓸 수 있습니다.

교육용 예시 · 제조사 내부 설계가 아닙니다

200 Wh
50 Wh500 Wh
100 W
50 W500 W

학습용 모형의 결과

같은 배터리도 부하에 따라 시간이 달라집니다

이상적 지속 시간
2 h
사용 가능한 Wh를 평균 W로 나눈 값입니다. 평균 전력을 두 배로 올리면 버티는 시간은 절반이 됩니다. 충전 손실·열·전압 변동과 예비 배터리는 셈에 넣지 않았습니다.

가정과 한계

  • 지속 시간 = 사용 가능한 Wh ÷ 평균 W. 충전 손실·열·전압 변동·예비 배터리는 포함하지 않습니다.

학습용 모형입니다. 실제 제품의 성능 시험이나 AI 추론을 실행하는 화면이 아닙니다.

03 · 원리

왜 그렇게 되나

전력 예산의 기본 셈은 나눗셈 하나입니다. 지속 시간(시간) = 사용 가능한 에너지(Wh) ÷ 평균 소비 전력(W). 위 실험의 기준 조건(200 Wh, 100 W)이면 2시간이고, 비교 조건처럼 평균 전력만 400 W로 올리면 0.5시간으로 줄어듭니다. 이때 W는 순간 최대값이 아니라 평균입니다. 한 셀 제조사는 휴머노이드가 걷거나 물건을 들 때 순간 전력이 크게 든다고 설명하지만, 몇 시간 버티느냐를 정하는 것은 순간값이 아니라 평균입니다.

이 셈을 실제 로봇에 거꾸로 대면 평균 전력을 어림할 수 있습니다. G1의 분해 보고서 배터리 420 Wh를 공식 사양의 사용 시간 약 2시간으로 나누면 평균 약 210 W입니다. 다만 Wh와 사용 시간의 근거가 다르고, 어떤 동작을 하며 잰 시간인지도 적혀 있지 않습니다. 실험에서 G1에 가깝게 맞추려면 400 Wh·200 W로 두면 되고, 결과는 2시간입니다. Figure 03은 2.3 kWh 팩으로 최고 성능에서 5시간을 일한다고 밝혀, 같은 셈으로 최고 성능 때 평균 약 460 W입니다. 테슬라는 옵티머스 2022 시제품의 2.3 kWh 팩이 대략 하루치 일에 알맞다고만 말해 셈할 수 없습니다. 발표된 사용 시간은 재는 조건이 달라 로봇끼리 그대로 견줄 수 없습니다(공개 기준). 한 셀 제조사는 지금 휴머노이드 대부분이 한 번 충전으로 2~4시간쯤 일한다고 설명합니다.

평균 전력은 여러 곳에서 나옵니다. 관절을 움직이는 모터와 드라이버가 몸을 세우고 움직이고, 센서와 두뇌 컴퓨터도 쉬지 않고 전기를 씁니다. 예를 들어 로봇용 컴퓨터 모듈 하나(NVIDIA Jetson T5000)는 설정에 따라 40~130 W를 씁니다(제조사 사양). 그리고 실제 지속 시간은 위 이상값보다 짧습니다. 배터리 전압은 충전 상태에 따라 오르내려서, 한 칩 회사 안내로는 공칭 48 V 팩이 약 39~54 V 사이를 오갑니다. 전압이 낮아지면 같은 W를 내는 데 전류가 더 들고, 전류가 크면 열로 잃는 몫도 커집니다. 추우면 배터리 안의 저항이 커져 꺼내 쓸 수 있는 용량이 잠시 줄고, 오래 쓰면 용량 자체가 줄어듭니다.

"사용 가능한 에너지"라는 말에도 이유가 있습니다. 리튬 배터리는 끝까지 비우지 않을수록 오래 가서, 한 배터리 안내 자료는 전기차 같은 산업 기기가 충전은 85%, 방전은 25%에서 멈추는 일이 흔하다고 적습니다. 그렇게 쓰면 이름표에 적힌 Wh의 60%쯤만 꺼내 쓰는 셈입니다. 이 아카데미가 확인한 세 로봇의 공개 자료에는 얼마를 남겨 두는지가 없습니다. 다 쓴 다음도 예산입니다. G1은 배터리를 빠르게 빼서 바꾸는 방식이고, Figure 03은 발의 코일로 충전대에 올라서서 2 kW로 무선 충전합니다. 2.3 kWh를 2 kW로 나누면 약 69분이지만, 리튬 배터리는 거의 다 찬 뒤 마지막 부분을 전류를 줄여 천천히 채우고, 피규어는 충전 시간을 밝히지 않았습니다.

비유

전력 예산은 자동차의 연료통과 연비로 생각하면 쉽습니다. 연료통 크기가 Wh이고, 한 시간에 태우는 연료의 양이 W입니다. 같은 연료통도 급가속을 자주 하면 빨리 비듯, 같은 배터리도 세게 쓰면 빨리 닳습니다.

비유가 맞지 않는 곳

연료는 계기판이 바닥을 가리킬 때까지 거의 다 쓰지만, 배터리는 수명을 지키려고 위아래를 남겨 두고 쓰곤 합니다. 또 추운 날에는 연료통이 잠시 작아지는 셈이고, 오래 쓰면 연료통이 아예 줄어듭니다. 이름표의 Wh를 다 쓸 수 있다고 보면 지속 시간을 부풀려 셈하게 됩니다.

04 · 방식 비교

같은 일을 하는 다른 방식

크기·출력(전류)·관리 정확도·가격으로 본 방식 비교
방식크기출력(전류)관리 정확도가격쓰이는 곳
배터리 셀13강에서 뜯어보기같은 Wh를 담는 부피·무게는 셀의 에너지 밀도가 정함용량 중심 셀은 오래, 출력 중심 셀은 순간 전력을 크게 냄셀 용량이 고르지 않으면 가장 약한 셀이 팩이 버티는 시간을 정함이 강의가 확인한 자료에는 로봇용 셀의 단가가 없음오래 일하는 로봇(용량 중심 셀), 짧게 큰 힘을 쓰는 동작(출력 중심 셀)
배터리 팩·BMS13강에서 뜯어보기셀 묶음에 감시 기판·보호 소자·외함이 더해짐 · F.03은 외함을 몸통 구조로 써 무게와 부피를 줄였다고 밝힘전압이 처지면 같은 전력에 전류가 커져 손실이 늘어남흘러나간 전하를 세어(쿨롱 카운터) 남은 용량을 어림함피규어는 F.03 배터리 원가를 앞 세대보다 크게 낮췄다고 밝힘G1 빠른 교체식 배터리, Figure 03 무선 충전 팩

산업용 팔에서는

케이블로 공장 전기를 받는 산업용 팔이라면 버티는 시간을 따질 일이 없습니다. 배터리로 다니는 공장 로봇인 물류 이동로봇은 다른 길을 씁니다. 한 물류 이동로봇 제조사는 배터리가 줄면 로봇이 스스로 충전 스테이션에 붙고, 창고로 돌아오는 틈처럼 정해 둔 때에 충전해 하루 내내 일하게 한다고 설명합니다. 그 스테이션은 약 1시간이면 다 채운다고 적습니다. 한 번에 오래 버티기보다 틈마다 자주 채워 하루를 잇는 방식입니다. 휴머노이드도 G1처럼 배터리를 바꿔 끼우거나 Figure 03처럼 스스로 충전대에 올라서는 방식으로 같은 문제를 풉니다.

05 · 공급망 표

누가 만드나

방식마다 부품을 만드는 기업과 상장 시장·종목 코드, 공개된 공급 관계를 모았습니다.

실시간 주가나 투자 추천이 아닌 사업 구조 학습 자료입니다.

어느 로봇에 납품하거나 쓰이는지는 ‘확인’ 표시가 붙은 공급 관계에서만 알 수 있습니다.

확인
공시나 공식 발표에 고객 이름이 나옵니다.
고객 미공개
회사가 고객 이름 없이 공식적으로 밝혔습니다.
보도
주요 언론·증권사 보도입니다. 매체와 날짜를 함께 적습니다.
방식별로 부품을 만드는 기업과 공개된 공급 관계
기업국가상장공급 관계
배터리 셀전기를 화학 에너지로 저장했다가 꺼내 쓰는 가장 작은 전지 한 개입니다. 원통형·파우치형·각형이 있고, 리튬이온 셀 하나는 공칭 3.6~3.7 V 안팎(가득 찼을 때 약 4.2 V)으로 전압이 낮아 로봇은 셀 여러 개를 이어 씁니다.쓰이는 곳
  • Unitree G1 몸통 분해 자료 출처분해 보고서와 공식 사양 모두 리튬 셀을 13단 직렬로 묶은 배터리로 적습니다. 셀 형식(원통형·파우치)과 셀 제조사는 어느 쪽에도 없습니다.
  • Figure 몸통 공식 자료 출처셀 자체가 UN·UL·IEC 안전 규격 인증을 받았고, 셀마다 단락에 대비한 내부 퓨즈 장치가 두 가지 있다고 설명했습니다. 셀 형식과 셀 제조사는 밝히지 않았습니다.
이 방식을 만드는 기업
LG에너지솔루션한국코스피 373220
삼성SDI한국코스피 006400이 자료에 실린 공급 관계 없음
파나소닉 에너지일본모회사 Panasonic Holdings · 도쿄 6752이 자료에 실린 공급 관계 없음
배터리 팩·BMS셀 여러 개를 직렬·병렬로 묶어 필요한 전압과 용량을 만든 덩어리(팩)와, 셀마다 전압·온도를 지켜보며 충전·방전을 관리하는 회로(BMS)를 함께 가리킵니다. BMS 안에는 셀 전압을 재는 감시 칩이 들어갑니다.쓰이는 곳
  • Unitree G1 몸통 분해 자료 출처분해 보고서는 빠른 교체식 배터리가 몸통의 배터리 칸에 꽂히고(그림 18 사진), 배터리 BMS 안에 온도를 재는 NTC 서미스터가 있다고 적습니다. 공식 사양도 이 배터리를 빠른 교체식 스마트 배터리로 적지만 위치는 밝히지 않습니다.
  • Tesla Optimus 몸통 공식 자료 출처2022 시제품은 몸통 가운데에 배터리 팩을 두고, 감지·퓨즈·충전 관리·전력 분배를 맡는 배터리 전자 장치를 팩 안의 기판(PCB) 하나에 모았다고 발표했습니다(32:20~32:58). 차량·에너지 제품의 기술을 가져와 생산을 단순하게 하고 냉각·배터리 관리·안전 기능을 담았다고 설명했습니다.
  • Figure 몸통 공식 자료 출처F.03 배터리는 몸통에 넣은 일체형으로, 강철·다이캐스트 알루미늄 외함이 몸통 구조의 일부를 맡는다고 발표했습니다. 직접 만든 BMS가 센서·스위치·퓨즈로 과충전·과방전·과열·외부 단락을 막고, 배터리 시스템은 자체 공장(BotQ)에서 설계·생산한다고 밝혔습니다.
이 방식을 만드는 기업
파나소닉 에너지일본모회사 Panasonic Holdings · 도쿄 6752이 자료에 실린 공급 관계 없음
텍사스 인스트루먼트미국나스닥 TXN이 자료에 실린 공급 관계 없음
아날로그 디바이스미국나스닥 ADI이 자료에 실린 공급 관계 없음
인피니언독일독일 IFX이 자료에 실린 공급 관계 없음

공급망 지도에서 전체 보기이 강의의 기업 모아 보기

06 · 투자자 관점

무엇이 이익이 되고, 무엇이 과대 해석인가

사용 시간은 세 로봇 가운데 둘이 숫자로 밝힌 사양이지만, 투자자에게는 그 숫자를 잰 조건과 운영 방식이 더 중요합니다. 같은 배터리도 평균 전력에 따라 버티는 시간이 몇 배씩 달라지므로 "몇 시간 일한다"는 숫자는 어떤 일을 하며 잰 값인지와 함께 읽어야 합니다. 운영 방식은 배터리와 충전 설비의 수요를 바꿉니다. 배터리를 바꿔 끼우는 로봇은 쉬지 않고 쓰려면 여분 팩과 충전기를 따로 갖춰야 할 수 있고, 몸에 붙은 팩을 채우는 로봇은 일터마다 충전대가 필요합니다. 이 아카데미가 확인한 세 로봇의 공개 자료에는 그 비용이 숫자로 없습니다. 고객이 하루 몇 시간을 쓰고 몇 번 충전하는지가 실제 현장 사례로 나오는지 지켜봐야 합니다.

07 · 뉴스 해부 연습

이 기사, 무엇을 더 확인할까

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학습용 가상 뉴스

휴머노이드 업체 E사, "새 모델은 한 번 충전으로 8시간 일한다" 발표

08 · 퀴즈와 다음 예고

세 문제로 확인하기

세 문제를 모두 맞히면 이 강의를 완료로 기록합니다.

  1. 위 실험에서 사용 가능한 에너지 300 Wh, 평균 소비 전력 150 W이면 이상적 지속 시간은?

  2. 본문에서 G1의 평균 전력을 약 210 W로 셈한 값이 어림일 뿐인 까닭은?

  3. 배터리 이름표의 Wh를 모두 꺼내 쓰지 않는 이유로 옳은 것은?

다음 강의에서 볼 것

로봇이 쓰는 전기는 배터리에서 곧장 모터로 가지 않습니다. 다음 강의에서는 전력 반도체와 모터 드라이버가 배터리의 직류를 잘게 끊어 관절 모터를 돌리는 과정을 뜯어봅니다.