[갤럭시 북 개발자 인터뷰 ①] ‘배터리’로 노트북 시장의 기준이 되다

2020/07/13
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사무실, 카페, 공항 라운지, 도서관에 이르기까지. 노트북으로 무언가를 하고 있는 사람들을 우리는 어디서나 흔히 볼 수 있다. 이제 우리는 원하는 장소에서 일을 하거나 공부를 하고, 영상을 시청한다. 이렇게 ‘앉아있는 곳’이 곧 거실, 서재, 학원이 되기까지, 그간 혁신을 거듭해온 ‘배터리’의 공이 크다. 노트북 성능을 평가할 때 배터리 지속 시간·충전속도·수명 등이 빠지지 않고 언급되는 이유다.

▲ 갤럭시 북 시리즈 배터리 개발을 담당한 김성훈·이제환 엔지니어와 상품기획을 담당한 성혜미 프로(왼쪽부터)

▲ 갤럭시 북 시리즈 배터리 개발을 담당한 김성훈·이제환 엔지니어와 상품기획을 담당한 성혜미 프로(왼쪽부터)

기존 노트북의 한계를 뛰어넘기 위한 갤럭시 북 S(Galaxy Book S), 갤럭시 북 플렉스(Galaxy Book Flex), 갤럭시 북 이온(Galaxy Book Ion) 역시 이 부분을 놓치지 않았다. 갤럭시 북 시리즈는 사용자의 휴대성을 고려하면서 업계 최고 수준의 배터리를 탑재, 사용자들의 노트북 사용성을 한층 끌어 올렸다. 더 오래 쓰고, 더 빨리 충전할 수 있게 해 언제 어디서나 작업이 가능할 수 있도록 한 것.

가벼운 휴대, 하루 종일 사용, 그리고 배터리 공유까지 가능한 노트북을 사용할 수 있도록 배터리 연구에 열중한 삼성전자 개발 담당자들의 여정을 들어봤다.

 

슬림한 노트북의 비결, ‘꽉’ 채워 넣은 고밀도 에너지

배터리의 용량은 크기에 ‘비례’한다. 배터리가 크면 클수록, 노트북을 더욱 오래 사용할 수 있다. 하지만 얇은 두께와 가벼운 무게로 ‘휴대성’을 극대화해야 하는 ‘노트북’의 특성상 배터리를 무작정 크게 만들 수는 없다. 개발진들은 이에 대한 해결책으로 한정된 공간 안에 가장 많은 에너지를 넣을 수 있는 ‘고 에너지 밀도 셀’을 제시했다. 기존 배터리의 에너지 효율이 약 650Wh/L 정도에 머물렀다면, 갤럭시 북 플렉스와 이온에 새롭게 적용된 배터리 셀은 약 700Wh/L에 이른다.

김성훈 엔지니어

배터리 팩 개발을 맡은 김성훈 엔지니어<위 사진>는 “노트북 무게와 사이즈, 사용자들이 기대하는 배터리 효율 간의 절충점을 찾기 위해 수많은 실험을 거쳤다”며 “새로운 배터리로 일반적인 사용 환경(문서작업, 이메일, 인터넷 서핑 등)에서 갤럭시 북 플렉스는 최대 20시간, 갤럭시 북 이온은 22시간까지 사용 가능[1]하다”고 말했다.

지속 시간 못지않게 배터리 효율에 영향을 미치는 지표는 바로 ‘충전 속도’다. 급하게 외출을 해야 할 경우, 얼마 남지 않은 배터리 잔량은 사용자를 난감하게 만들곤 한다. 개발진은 이러한 불편을 덜고자 갤럭시 북 플렉스와 이온에 급속 충전이 가능한 ‘퀵 충전’ 알고리즘과 대용량 65W 어댑터를 설계했다. 이전까지는 완충까지 120분 정도 걸렸다면, 해당 어댑터로는 90분 내로 100% 충전이 가능하다.

스마트폰 충전기나 보조 배터리로 충전할 수 있는 ‘이지 충전’도 급하게 충전을 해야 할 때를 위한 기술 중 하나. 이제환 엔지니어는 “스마트폰 충전기가 USB-C® 타입으로 통일되면서 이지 충전 기술을 갤럭시 북 플렉스와 이온에 도입할 수 있었다”면서 “다양한 보조 배터리 사양에도 항상 충전이 가능할 수 있도록 설계했고, 관련 담당자들이 각자 소지하고 있던 보조 배터리를 보내줘 수십 개로 실험을 할 수 있었다”며 동료들에게 고마웠던 개발 당시를 회상했다.

 

작업 스트레스 줄여주는 ‘장수명 알고리즘’으로 오래오래

삼성전자가 자체적으로 시행한 소비자 트렌드 조사에 따르면 사용자들이 노트북에 기대하는 평균 수명 연한은 ‘4년’이다. 배터리는 노트북을 구성하는 부품 중 가장 먼저 수명을 맞이하는 소모품인 만큼, 노트북 수명을 늘리기 위해선 ‘배터리 자체의 수명’을 늘리는 것 또한 매우 중요하다.

이제환 엔지니어

현재 갤럭시 북 플렉스와 이온에 탑재된 배터리의 수명은 약 1,000회 충·방전해도 초기 설계 용량 대비 80% 유지가 가능한 수준. 기존 배터리 사용 한계를 두 배 수준으로 높일 수 있었던 데는 ‘장수명 알고리즘’의 역할이 크다. 파워 회로 설계를 담당하고 있는 이제환 엔지니어<위 사진>는 “배터리가 점점 노화되면, 같은 일을 하더라도 더 많은 스트레스를 받고 그로 인해 성능이 떨어지게 된다”면서 “장수명 알고리즘은 충전 사이클(회수) 증가에 따른 배터리 상태를 모니터링하고 세밀하게 구분된 단계별로 충전 전압과 전류를 조정함으로써 배터리의 성능 저하를 최대한 지연시켜준다”고 설명했다.

또, “어댑터를 계속 꽂고 사용하다 보면 배터리 수명이 더 빨리 닳을 수 있다. 어댑터를 계속 꽂아두고 사용하는 분들은 배터리를 최대 85%까지만 충전해주는 ‘Battery Life Extender +’ 기능을 활성화해 두는 것이 좋다”고 팁을 전했다.

 

터치 정확도-무선 배터리 공유, 동시 충족을 위한 수많은 실험

터치패드를 통해 갤럭시 버즈가 충전을 하고 있는 모습

갤럭시 북 플렉스와 이온의 특색있는 기능 중 하나는 ‘무선 배터리 공유’가 가능하다는 점이다. 스마트폰, 웨어러블 기기, 무선 이어폰 등 Qi 호환 디바이스라면 터치 패드에 올려놓는 것만으로도 ‘충전’이 가능하다. 더 이상 가방에 여러 개의 충전기를 가지고 다닐 필요가 없어진 셈. 갤럭시 북 시리즈의 상품 기획을 담당하고 있는 성혜미 프로는 “노트북에 ‘갤럭시’가 처음으로 붙은 시리즈인 만큼, 갤럭시 디바이스와 함께 했을 때 더욱 유용하게 사용할 수 있는 기능을 넣고 싶었다”고 도입 배경을 밝혔다.

노트북에 무선 배터리 공유 기능을 실현하기까지는 넘어야 할 장애물도 많았다. 터치패드 내부에는 터치 동작 감지를 위한 그물망 구조의 회로물이 있는데, 터치 정확도와 무선 충전의 효율 간에는 설계 구조에서 상충이 발생했다. 이제환 엔지니어는 “무선 충전 효율을 높이기 위해선 그물망 구조의 촘촘함을 더 넓게 만들어 자속 통과 면적을 넓혀야 하는데, 그렇게 하면 터치 정확도가 떨어졌다”며 “터치패드 담당 부서와 다양한 샘플을 만들어 실험한 끝에 두 가지 조건을 만족하는 지금의 결과물을 얻게 됐다”고 설명했다.

 

더 안전한 배터리를 위해

편리한 기능은 극복해야 할 문제도 많아진다. 대표적인 문제는 바로, ‘발열’이다. 전원을 ‘많이’, ‘빨리’ 받을수록 배터리는 뜨거워지는 경향이 있다. 갤럭시 북 시리즈 개발진은 사용자가 안심하고 편리하게 사용할 수 있는 노트북을 만들기 위해 곳곳에 발열 제어를 위한 다양한 장치를 설계했다.

▲ 배터리는 '무선 배터리 공유 기능'이 도입된 터치 패드 하단 부분에 위치해있다. 배터리를 공유하는 동안 발생하는 열에도 안정성을 확보하기 위해 이 부분에도 역시 많은 노력이 깃들어 있다고.

▲ 배터리는 ‘무선 배터리 공유 기능’이 도입된 터치 패드 하단 부분에 위치해있다. 배터리를 공유하는 동안 발생하는 열에도 안정성을 확보하기 위해 이 부분에도 역시 많은 노력이 깃들어 있다고

갤럭시 북 시리즈에 탑재된 배터리는 4개의 셀로 구성되어 있는데각각의 셀이 받는 열이 인근 셀에 영향을 미치지 않도록 2·3중계 보호 동작을 설계했다이외에도 이제환 엔지니어는 “충전 회로 부분에 온도 센서로 발열을 체크해 전력을 제어하거나, 전원을 끈 상태에서는 고속 충전, 전원을 켠 상태에는 일반 충전으로 변환하는 시스템으로 열을 줄인다”고 덧붙였다.

또, “배터리에서 가장 중요한 건 안정성”이라고 강조한 김성훈 엔지니어는 무선사업부의 모든 배터리의 경우 ‘8 포인트 배터리 안전성 검사[2] 과정’을 수행하고 있으며 다양한 열적 스트레스 환경에서도 충분한 안전성을 확보하도록 설계한다”고 전했다.

▲ 갤럭시 북 시리즈 배터리 개발을 담당한 김성훈·이제환 엔지니어와 상품기획을 담당한 성혜미 프로(왼쪽부터)

휴대하는 모든 기기의 운명의 단짝이 될 수밖에 없는 ‘배터리’. 이제환 엔지니어는 “사용자들이 제품을 구매하는 길어지고 있는 만큼, 배터리의 수명을 길게 만들어 브랜드만의 경쟁력을 만들고 싶다”고 밝혔다. 또, 김성훈 엔지니어 역시 “현재는 충전 횟수가 1,000회 수준에 머물러 있지만 3,000회에도 끄떡없는 배터리를 개발하고 싶다”고 앞으로의 포부를 밝혔다.


[1]배터리 사용 시간은 MobileMark14 테스트한 결과로 도출된 수치이며, 개인 PC 세팅 및 사용 환경에 따라 배터리 성능은 달라질 수 있음

[2]스마트폰 배터리 안전성 강화를 위한 8단계 검사. ▲안전성 검사 ▲배터리 외관 검사 ▲X-레이 검사 ▲배터리 해체 검사 ▲TVOC 검사 ▲OCV 측정 검사 ▲충방전 검사 ▲사용자 조건 가속 시험 검사로 이루어 짐

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