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

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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)

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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.

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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.

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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.

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전압 확인…
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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.

Ipad-2-Charger

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.

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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.

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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.

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

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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.

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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…!

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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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