적당 적당히 만드는 리튬이온 보조배터리

적당히 만드는 리튬이온 보조배터리


주의: 이 작품은 작동은 하나 사용하지 않습니다!


집에... 이런 저런 이유로 18650 리튬이온 전지가 여러개 있습니다. 원래는 초대용량 보조배터리에 사용했던 것인데 몇 가지 이유로 인해 더 이상 사용하지 않고 있었습니다. 개당... 거의 만원에 육박하는 리튬이온전지를 버릴 수는 없잖아요. 그래서 어떻게 하면 쓸 수 있을까 고민하다 이 프로젝트를 시작해 봤답니다.

크게 어렵지 않은 작업이었으니 비록 실패는 했지만 참고 하시길 바랍니다.

1. 필요한 재료들

18650 리튬이온전지 (보호회로 없음)

18650 리튬이온 전지는 모양과 사이즈가 표준화된 배터리 입니다. 크게 두 가지 제품이 있는데요, 하나는 보호회로라는 것이 없는 것이고 하나는 보호회로가 있는 것입니다. 둘 중에 어느게 좋으냐고 물으신다면 딱히 그런건 없습니다. 보호회로가 각각의 18650 배터리에 내장되어 있는 것이 더 안전해 보이지만 사이즈도 더 크고 가격도 3,000원 정도 더 비싸서 별로 추천하고 싶지는 않더라구요. (블로그 업데이트하는 지금은 마음이 바뀌었습니다 ㅋ)

18650 배터리 소켓 (보호회로 내장)

이것은 18650용 배터리 소켓입니다. 보호회로가 내장되어 있어 배터리에 보호회로가 달려있지 않은 제품을 사용할 때 유리합니다. 전 이 제품을 엘레파츠에서 샀구요, 다른데서도 구할 수 있을 것 같습니다. 집에 남아있는 것을 쓰다 보니 병렬이 아니라 직렬 11.1V제품입니다.

Step down DC-DC 컨버터

뭐... 만들 수도 있기는 하지만 귀찮아서...;; 그냥 샀습니다. 어차피 제가 만든 것보다 훨씬 나아보여서요. ㅠㅠ 대량생산이다 보니 가격도 싸지요. ㅡㅡ; 이 제품은 스마트키트에서 샀습니다. 입력과 출력 전압이 2V이상 차이만 나면 3A까지 출력을 뿜어주고요, 앞에 입력과 출력단의 전압을 표시도 해줍니다.

이거... 말고는 그냥 PCB하고 몇 개의 저항이 필요했습니다.

2. 조립을 해볼까요?

우선 드릴로 배터리 케이스 뒷면에 구멍을 몇 개 뚫었습니다. 보통의 경우 리튬이온 전지를 이용할때는 충전/방전이 동시에 가능한 회로를 구성하는데요, 전 그냥... 진짜루 그냥... 충전기가 따로 있어서 AA배터리 쓰듯이 하려고 구성한 것이라 쉽게 뽑고 끼울 수 있도록 구멍을 뚫었습니다.


뒤에서 볼펜대로 밀면 잘 빠집니다. ^^)b

여기까지 했으면... 좀 불안불안해 보이지만 배터리 케이스의 보호회로를 활성화 시켜야 합니다. 한마디로 전기를 먹여 회로가 작동하게 만드는 것인데요, 이걸 하지 않으면 아무리 완전 충전된 18650 배터리를 끼워도 전선에는 전기가 흐르지 않습니다.


여기 사진을 보시면 제가 마치 3.7V짜리 배터리로 활성화 시킨 것 같지만 이렇게 하는게 아니라요... 출력 전압에 맞게 활성화를 시켜 주셔야 합니다. 예를들어 11.1V인 제 직렬연결 배터리 케이스는 11.1V정도(전 12V를 썼습니다)를 먹여줘야 회로가 활성화 됩니다.
이 작업은 보호회로가 있는 모든 배터리 케이스들에서 해야 하는 것이고, 케이스에 꼽아둔 배터리를 꺼냈다 끼울때도 하셔야 합니다.

전압 확인...

회로에 연결해 보겠습니다

여기까지 작동하는 것을 확인하셨으면.. 본격적으로 회로 작업에 들어가야 합니다.

우선 USB 소켓이 하나 있어야 하구요, 저항이 몇 개 필요합니다. 회로도는 아래와 같습니다.


여기서는 5.2V를 써놨는데.. 솔직히 말씀드려 5.2V는 USB포트의 상한전압이라 별로 추천하고 싶지는 않습니다. 그리고 USB를 조립하면 항상 고민하는게 "어디가 1번이냐!" 인데... 그건 안쪽에 플라스틱 판에 붙어있는 4개의 전극 중 가장 오른쪽 것이 1번 입니다. 암놈이나 수놈이나 이건 동일합니다.

여기가 1번 입니다!

회로를 보시면 아시겠지만... 아이패드나 아이폰은 2번, 3번에 풀업 저항을 걸어주지 않으면 제대로 충전을 하지 않습니다. 그래서 조금 손이 가더라도 꼭 저항 작업을 해줘야 합니다. 반면에 안드로이드 제품은 2번, 3번을 그냥 쇼트시켜도 되고 아예 아무것도 연결 안해도 작동합니다.

아무튼... 저항과 USB소켓을 조립했습니다.


니퍼로 만능기판을 잘라낸 후 사용했는데 모서리의 날카로운 부분은 200번 사포로 문질러 동그랗게 만들었습니다. 왜 200번 사포냐구요? 아아.. 집에 이것밖에 없어서..;;;;

저항이 회로도보다 많아 보이는 것은.... 저항값을 맞추다 보니 부품이 모자라서 이것저것 조합을 해서 그렇습니다.. 황토색 아이들은 1kOhm입니다.




녹여서 쓰는 접착제(그 총처럼 생긴거 있잖아요) 써서 고정했습니다. 이제 테스트 해볼까요?




오오.. 작동하는군요!!!

3. 사실 이제 부터가 중요해요

잘 작동하는 것을 확인했는데 이상하게 USB에 아이폰만 연결하면 전체 회로가 죽어버리더군요.. 왜 그런가 고민하다가 다이오드도 써보고 폴리 스위치도 써 봤는데 안되었습니다.

그래서.. 13.8V의 납축전지를 연결해 보았고 납축전지를 연결하니 아무 문제가 없었답니다.




결국.. 원인은 리튬이온전지의 보호회로 때문인 것 같았습니다. 연결하는 순간 5V 1A의 출력을 뽑아가는데 그게 보호회로에서 과전류로 판단하여 차단을 건 것 같더군요.. 문제는 제가 사용한 배터리 케이스는 '직렬'. 고민고민 하다 동일한 녀석을 두 개 병렬로 묶어봤습니다.

...잘 됩니다...!

작은 시한폭탄처럼 되어버렸네요...;;

결국 배터리 보호회로의 문제를 해결하기 위해서는 과전류를 막아야 하는데 11.1V의 직렬연결에서는 과전류를 막기가 어려웠나 봅니다. 이상하죠..? 2,600mAh짜리 리튬이온 전지는 순간 최대 방전 전류가 2A까지 가능한 것으로 알고 있는데... 안되나 봅니다.

이 작품을 만들고 나서 든 생각은... 두 가지 입니다.
  • 저전압에서는 전선이나 회로에서의 손실이 많기 때문에 일부러 고전압으로 회로를 설계했는데 그게 문제가 되었나 봅니다. 물론 DC-DC 컨버터가 최소 2V이상의 전압차를 요구하기 때문에 7.2V이상의 전원을 연결하는게 맞기는 하지만... 어쨌거나 보호회로의 특성을 제대로 이해 못해서 덩치가 엄청 큰 보조배터리가 되었습니다.

  • 사이즈가 이렇게 큰 보조 배터리를 만들었는데 충전기능이 없습니다. 결국 방전이 되면 18650을 뽑아서 다시 충전해야 한다는 소리인데.. 매우 귀찮게 느껴지더군요. 아무래도 리튬이온전지는 충/방전 회로가 같이 있는 것을 써야 할 것 같습니다.

18650 세 개를 이용해 컴팩트한 보조 배터리를 만들려고 했는데 일이 커져버렸네요.. ㅠㅠ
여러분은 좀 더 합리적인 선택을 하시길 바랍니다.

p.s. 18650을 4개 꼽는데 2개씩 직렬로 연결해 다시 병렬로 연결하는 배터리 케이스도 있더군요!

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