CR2032 수명과 주 전원 OFF 시간의 관계
머신 비전 검사 장비, 측정 장비, 제조 장비 등에 산업용 PC가 내장되어 있는 경우가 많습니다.
이러한 설비는 한 번 도입하면 10년 이상 사용하는 경우도 드물지 않습니다.
한편, 산업용 PC의 메인보드에는 몇천 원 정도의 작은 코인형 배터리가 장착되어 있는 경우가 있습니다.
대표적인 것이 CR2032입니다.
이 배터리는 주로 RTC(Real Time Clock)와 CMOS 백업에 사용되며, 장비의 주 전원이 꺼져 있는 동안에도 시간과 일부 정보를 유지하는 역할을 합니다.
그리고 이 RTC 백업 배터리에는 놓치기 쉬운 중요한 특징이 있습니다.
바로 장비의 주 전원이 꺼져 있는 시간이 길수록 백업 배터리가 작동하는 시간도 길어진다는 점입니다.
장비의 전원을 꺼도 RTC는 멈출 수 없다
PC의 전원을 꺼도 다음에 부팅하면 올바른 날짜와 시간이 표시됩니다.
이는 RTC가 주 전원과 별도로 백업되고 있기 때문입니다.
주 전원이 공급되는 동안에는 메인보드에서 RTC에 전원을 공급할 수 있지만, 주 전원이 차단되면 CR2032와 같은 백업 배터리가 RTC를 유지합니다.
즉,
주 전원 ON
→ RTC는 주로 장비 측 전원으로 동작
주 전원 OFF
→ RTC 백업 배터리가 동작
하게 됩니다.
“장비를 사용하지 않으니 배터리도 소모되지 않을 것”이라고 생각하기 쉽지만, RTC 백업 배터리는 오히려 그 반대입니다. 장비를 사용하지 않고 주 전원을 꺼 두는 시간이 길수록 백업 배터리는 계속 소모됩니다.
RTC 백업 배터리는 몇 년이나 사용할 수 있을까?
여기서 어려운 점은 RTC 배터리의 수명을 단순히 “CR2032니까 몇 년”이라고 정할 수 없다는 것입니다.
배터리 수명에는 다음과 같은 요소가 영향을 줍니다.
- RTC·CMOS 회로의 백업 전류
- 배터리 용량
- 주 전원 OFF 시간
- 주변 온도
- 배터리 자체의 자가 방전 및 경년 열화
따라서 동일한 3V 리튬 1차전지를 사용하더라도 장비에 따라 명시된 백업 기간이 달라질 수 있습니다.
실제로 산업용 장비 제조사의 사양을 살펴보면 흥미로운 차이를 확인할 수 있습니다.
전원 OFF 시 3년, ON 시 10년인 산업용 컴퓨터도 있다
Advantech의 산업용 컴퓨터 ECU-4784 사용자 매뉴얼에서는 CMOS 백업용 BR2032에 대해 시스템 전원이 OFF 상태일 때 CMOS 배터리가 소모된다고 설명하고 있습니다.
배터리 수명은 다음과 같이 제시되어 있습니다.
| 사용 상태 | 배터리 수명 |
|---|---|
| 시스템 전원 OFF | 약 3년 |
| 시스템 전원 ON | 약 10년 |
동일한 장비와 동일한 백업 배터리를 사용하더라도 전원 공급 상태에 따라 이처럼 큰 차이가 발생할 수 있습니다.
한편 OMRON의 머신 오토메이션 컨트롤러 NX5는 25℃, 통전율 0%, 즉 전원이 꺼진 상태를 조건으로 백업 배터리 수명을 5년으로 명시하고 있습니다.
따라서 이것이
“산업용 장비의 RTC 배터리는 3년이면 방전된다.”
라는 의미는 아닙니다.
중요한 것은
배터리, 백업 회로, 온도, 그리고 장비의 운용 방식에 따라 수명이 크게 달라질 수 있다
는 점입니다.
절전 운용에서 놓치기 쉬운 RTC 백업 배터리의 소모
최근 공장에서는 에너지 절약과 대기전력 절감을 위해 사용하지 않는 설비의 주 전원을 끄는 경우가 많습니다.
예를 들어 다음과 같은 장비를 생각해 보겠습니다.
- 평일 9시간 가동
- 야간 15시간 OFF
- 토요일과 일요일은 하루 종일 OFF
일주일 168시간 중 주 전원이 켜져 있는 시간은 45시간뿐입니다.
나머지 123시간, 약 73%는 전원이 OFF 상태입니다.
RTC 백업 회로의 구성에 따라서는 이 시간 동안 백업 배터리가 RTC를 유지해야 합니다.
물론
“절전하면 RTC 배터리가 금방 방전된다.”
는 의미는 아닙니다.
하지만 기존에 24시간 계속 통전하던 장비를 야간과 휴일에 OFF하는 방식으로 변경하면 RTC 백업 배터리가 작동하는 누적 시간이 증가할 가능성이 있습니다.
에너지 절약이라는 관점에서는 바람직한 운용 방식이지만, RTC 배터리라는 매우 작은 부품만 놓고 보면 교체 주기가 짧아지는 방향으로 작용할 수도 있습니다.
몇천 원짜리 배터리라도 교체 비용은 몇천 원으로 끝나지 않는다
CR2032 자체는 저렴합니다.
하지만 산업용 장비에서는 배터리 가격보다 교체 작업이 더 큰 문제가 될 수 있습니다.
머신 비전 검사 장비, 측정 장비, 제조 장비 내부에 산업용 PC가 내장되어 있다면 배터리 하나를 교체하기 위해서도 다음과 같은 작업이 필요할 수 있습니다.
장비 정지
↓
장비 커버 분리
↓
산업용 PC 개방
↓
CPU 보드의 배터리에 접근
↓
RTC 백업 배터리 교체
↓
RTC 및 BIOS/UEFI 설정 확인
↓
장비 복구 및 재가동
경우에 따라 장비 제조사나 유지보수 업체가 직접 작업해야 할 수도 있습니다.
즉, 몇천 원짜리 배터리 하나를 교체하기 위해 장비를 정지시키고 유지보수 인력을 투입해야 할 수 있습니다.
10년 이상 사용하는 산업용 장비라면
“RTC 배터리를 몇 번이나 교체해야 할까?”
라는 관점도 유지보수성을 생각할 때 무시할 수 없습니다.
배터리 교체가 필요한 장비의 수가 많아질수록 그 영향은 더욱 커집니다.
생산라인에 설치된 장비라면 배터리 교체를 위해 라인을 정지해야 할 가능성도 있습니다.
장비 제조사와 유통업체에도 유지보수 비용이 발생한다
이 문제는 장비를 사용하는 사용자만의 문제가 아닙니다.
장비를 납품한 제조사나 유통업체 입장에서도 RTC 백업 배터리는 유지보수상의 과제가 될 수 있습니다.
RTC 백업 배터리는 소모품이지만, 납품 이후 모든 장비의 배터리 상태를 지속적으로 확인하기는 어렵습니다. 또한 수명이 다하기 전에 사용자가 배터리를 교체해 줄 것이라고 보장할 수도 없습니다.
특히 CR2032와 같은 RTC 백업 배터리는 정상 운전 중에는 열화를 알아차리기 어렵고, 주 전원을 끈 후 다시 장비를 가동할 때 처음으로 문제가 나타나는 경우가 있습니다.
예를 들면,
“장기 휴가 후 장비를 켰더니 시계가 초기화되어 있다.”
“전원을 다시 켰더니 RTC나 CMOS와 관련된 이상이 발생했다.”
와 같은 증상입니다.
이렇게 되면 사용자가 장비 제조사나 납품업체에 문의하게 되고, 원인을 파악하기 위한 작업이 필요해집니다.
유통업체에서 장비 제조사로 문의하고, 제조사에서 원인을 조사하고, 유지보수 담당자를 배정하고, 경우에 따라서는 현장 방문부터 배터리 교체, 설정 확인, 동작 확인까지 필요할 수 있습니다.
원인이 몇천 원짜리 백업 배터리 하나라고 해도, 이를 해결하는 데 필요한 인건비는 결코 몇천 원으로 끝나지 않습니다.
또한 RTC 백업 배터리의 수명은 단순히 “납품 후 몇 년”으로 정할 수도 없습니다.
24시간 계속 통전되는 장비와 야간이나 휴일에 주 전원을 끄는 장비는 백업 배터리가 작동하는 시간이 다르기 때문입니다.
즉, 장비 제조사나 유통업체 입장에서는 RTC 백업 배터리가 사용자별 장비 운용 방식에 따라 수명이 달라지기 때문에 일률적인 교체 시기를 설정하기 어려운 소모품이기도 합니다.
따라서 배터리가 방전된 후에 대응하는 것뿐만 아니라 장비 설계 단계부터
RTC 백업 배터리의 수명을 늘리거나
또는
교체하기 쉬운 위치에 배치하는
등의 유지보수성을 고려할 가치가 있습니다.
RTC 백업 배터리를 10년 사용한다는 발상
그렇다면 단순히 배터리를 쉽게 교체할 수 있도록 하는 것뿐 아니라, 애초에 백업 배터리의 교체 횟수 자체를 줄일 수는 없을까요?
CR2032보다 용량이 큰 3V 백업 배터리도 있다
RTC 백업에 사용할 수 있는 3V 1차전지는 CR2032만 있는 것이 아닙니다.
산업용으로는 장기간 백업을 목적으로 하는 BR 계열 불화흑연 리튬 배터리도 사용됩니다.
그중 하나가 Panasonic의 BR-2/3A입니다.
| CR2032 | BR-2/3A | |
|---|---|---|
| 공칭 전압 | 3V | 3V |
| 공칭 용량 예 | 약 200mAh급 | 1,200mAh |
| 형태 | 코인형 | 원통형 |
| 주요 특징 | 소형·높은 입수성 | 장기 백업 용도 |
| 용량비 | 1 | 약 5~6배 |
BR-2/3A의 공칭 전압은 3V, 공칭 용량은 1,200mAh입니다.
Panasonic 역시 BR 계열 원통형 리튬 배터리의 용도로 FA 장비 등의 메모리 백업을 제시하고 있습니다.
실제로 ‘무통전 10년 이상’을 목표로 한 산업용 PC도 있다
BR-2/3A는 단순히 용량이 큰 3V 배터리만은 아닙니다.
실제로 RTC 백업을 장수명으로 설계한 산업용 PC에도 사용되고 있습니다.
CONTEC의 산업용 Box PC IPC-BX950 시리즈에서는 캘린더 시계와 CMOS RAM 백업에 BR-2/3A를 사용하며, 공식 자료에는 25℃에서 전원이 차단된 상태로 10년 이상의 백업 시간이 명시되어 있습니다.
즉,
산업용 PC를 장기간 사용한다면 RTC 백업 자체도 장수명으로 설계한다
는 개념은 이전부터 존재해 왔습니다.
CR2032를 몇 년마다 교체하는 설계만이 유일한 방법은 아닙니다.
기존 CR2032 탑재 장비의 백업 수명 연장
그렇다면 이미 CR2032를 사용하는 산업용 PC는 어떨까요?
CPU 보드 자체를 교체하거나 기판을 개조하는 것은 현실적으로 어려운 경우가 많습니다.
이때 생각할 수 있는 한 가지 방법이 CR2032와 동일한 형태의 더미 코인 배터리를 사용해 백업 전원을 외부로 인출하는 방식입니다.
더미 코인 배터리로 백업 배터리를 외장화하기
구성은 다음과 같습니다.
CR2032 홀더
↓
더미 코인 배터리
↓
케이블
↓
외부 3V 백업 배터리
이 방법이라면 CPU 보드 자체에 납땜 등의 개조를 하지 않고도 백업 전원을 외부로 인출할 수 있습니다.
예를 들어 3V BR-2/3A를 사용하면 CR2032보다 큰 용량을 확보할 수 있어 장기간 백업을 고려한 전원 구성을 검토할 수 있습니다.
또한 외장화에는 용량을 늘리는 것과는 별개의 장점도 있습니다.
배터리를 장비 내부에서 유지보수하기 쉬운 위치에 배치해 두면 다음 교체 시 CPU 보드까지 접근할 필요가 없습니다.
즉,
“배터리 교체 빈도를 줄이는 것”
과 동시에
“다음 배터리 교체 작업도 간단하게 만드는 것”
이라는 두 가지 측면에서 유지보수성을 개선할 수 있습니다.
외장화할 때의 주의점
CR2032와 BR-2/3A는 모두 공칭 3V의 리튬 1차전지이지만, BR-2/3A는 용량과 물리적인 크기가 다릅니다.
따라서 실제 적용 시에는 극성을 포함한 배선, 배터리 고정, 케이블 배치, 단락 방지 등의 안전 설계가 필요합니다.
또한 기존 장비에 대한 변경이므로 제조사의 보증 및 유지보수 조건도 확인해야 합니다.
10년 사용하는 장비라면 ‘작은 소모품’에도 주목할 필요가 있다
산업용 PC, 머신 비전 검사 장비, 측정 장비 등은 10년 이상 사용되는 경우가 있습니다.
하지만 그 내부에는 RTC 백업 배터리라는 소모품이 존재합니다.
앞서 예로 든 것처럼 평일 9시간 가동하고 야간과 주말에는 주 전원을 끄는 장비라면 일주일의 약 73%가 전원 OFF 상태입니다.
주 전원이 OFF인 동안 RTC를 배터리로 백업하는 설계라면 그만큼 백업 배터리가 작동하는 시간도 길어집니다.
그리고 까다로운 점은 장비 제조사나 유통업체가 납품 후에도 RTC 백업 배터리의 잔량을 지속적으로 파악하기 어렵다는 것입니다.
배터리가 방전된 후에야
“시계가 이상하다.”
“전원을 다시 켰더니 설정이 바뀌었다.”
“장비가 평소와 다르게 동작한다.”
와 같은 문의를 받고, 원인을 조사한 뒤 처음으로 백업 배터리의 소모를 알아차릴 수도 있습니다.
원인이 몇천 원짜리 배터리라고 해도 고객 문의 대응, 원인 조사, 유통업체와 제조사 간의 연락, 서비스 담당자 배정, 현장 방문, 배터리 교체, 설정 확인까지 필요해지면 그에 따른 유지보수 비용과 작업 시간은 결코 작지 않습니다.
따라서 10년 이상의 사용을 예상하는 산업용 장비라면
“RTC 백업 배터리를 몇 년 동안 사용할 것인가?”
뿐만 아니라
“교체 빈도를 줄일 수는 없을까?”
“교체할 때 더 쉽게 접근할 수는 없을까?”
라는 부분까지 유지보수 설계의 일부로 고려할 가치가 있습니다.
산업용 PC를 10년 사용한다면, RTC 백업 배터리도 10년 사용할 수 있으면 좋지 않을까요?
RTC 백업 배터리의 대용량화나 외장화는 이를 위한 하나의 선택지가 될 수 있습니다.
Cyack Lab은 CR2032 등의 코인 배터리 홀더에서 전원을 외부로 인출할 수 있는 더미 코인 배터리를 개발·판매하고 있습니다.
CPU 보드 자체를 가공하지 않고도 백업 전원을 외부로 인출할 수 있기 때문에 RTC 백업 배터리의 외장화나 교체하기 쉬운 위치로의 이동 등에 활용할 수 있습니다.
장비를 10년 사용할 계획이라면 내부에 있는 작은 백업 배터리도 한 번쯤 다시 검토해 볼 가치가 있습니다.
