12V 보조배터리 만들기 - 12V bojobaeteoli mandeulgi

파워뱅크가 필요한가?

파워뱅크, 시동뱅크.. 뭐 용도로 다양하게 얘기하던데 저는 파워뱅크라 하겠습니다.

파워뱅크도 결국은 배터리팩인데 지금까지는 특별히 이런 외장 배터리가 필요한 경우가 거의 없었습니다.

필요하다 하더라도 잘해봐야 여행갔을 때 핸드폰 충전용 정도?

그러다 동계 오지캠핑을 하려고 하다보니 전기가 없이는 힘들것 같더라고요.

파워뱅크 하나 잘 만들면 차에서 DIY할 때나 방전됐을 때 캠핑 다닐때 등 다용도로 사용이 가능할 것

같다는 생각에 급 뽐뿌가 왔습니다.

처음에는 비용도 생각 안할 수 없으니 그나마 저렴한 일반 차량용 배터리나 딥사이클 배터리 정도를

생각했었는데요. 배터리쪽을 조금 공부를 해보니 그건 답이 아니더라고요.

자동차 배터리는 100A짜리라고 해도 그렇게 비싼편은 아니지만, 이 100암페어라는게 일반적으로

생각하는 용량처럼 다 쓸 수 있는 용량도 아니고, 온도변화에 따른 용량변화나, 저전압 상황에서

수명저하.. 배터리 자체의 특성 등등 파뱅용으로 쓸만한 배터리는 아니였습니다.

딥사이클 배터리 역시 조금은 더 나은 배터리 특성을 가지고는 있지만 기본적으로 용도 자체가

제가 생각하는 용도의 파뱅용으로는 적합하지 않았습니다.

배터리라는걸 너무 단순하게 생각을 했었던건지 알면알수록 참 다양한 분야에서 다양한 용도로

사용하기 위해 여러 종류를 배터리를 적합하게 사용하고 있었습니다.

간단히 말하면, 배터리 하나로 여기저기 사용하는게 아니라 목적과 비용에 따라 적합한 배터리는

따로 있다라는 거죠.

예를들면 자동차용 납산 배터리는 정말 "자동차 시동용" 으로 사용하기 위해 만들어진 배터리라는겁니다.

전기를 지속적으로 사용하는 배터리가 아니라 시동모터를 돌리기 위해 한번에 많은 전류를 방출할 수 있고

저렴한 배터리라는 거죠. 애초에 100A라는 용량을 쭈욱~ 쓰다가 다시 충전해서 쓸 수 있는 것 자체가

불가능한게 납산 배터리입니다.

결론은 리튬계열 배터리가 제가 생각하는 용도에 맞는 배터리였습니다.

리튬계열은 리튬 이온, 폴리머, 인산철이 있는데요.

리튬 이온이 제일 좋은 배터리인줄 알았더니 인산철이 가장 적합한 배터리였습니다.

일단은 다른 리튬 계열보다 안전성이 높고, 수명이 깁니다. 특히나 자동차에서 쓰는 전압과 거의 비슷한

전압대가 나오고 온도에 따른 배터리 성능 저하도 낮습니다.

단점은 비용이겠죠. 동일 용량으로 제작하는데 리튬이온은 3개를 직렬로 연결해서 사용하는데

인산철은 4개를 연결해야 합니다. 개별 단가도 리튬이온이나 리튬폴리머보다 비싼데 말이죠.

대신, 표기된 용량대비 실제 사용 가능한 용량도 가장 많고 전압변화도 가장 적습니다.

왠만큼 잘못해도 최소한 폭발은 안할 듯한 안정성도 애들 많은 집에서 혼자 뚝딱거리며 만드는

저한테는 메리트이기도 하죠. 

조금은 전문적인(?) 내용들이 있는데 써봐야 복합하니.. 그건 나중에 따로 쓰던가.. 안쓰던가.. 뭐.. -_-;

어쨌든 결론은 가장 비싸지만 가장 오래 가장 잘 쓸 수 있는 리튬인산철 파워뱅크를 만들기로 결정!

근데 아무래도 처음 만들어보는건데다가 전기이다보니 좀 무섭더라고요.

왠지 "리튬"이라는건 잘 못해서 합선이나 과충전 같은게 되면 폭발할 것 같고요.

그래서 테스트 용으로 최대한 저렴하게 간단히 작업해 보기로 했습니다.

케이스 비용도 아낄려고 집에 굴러다니는 한 10년된 전동드릴 케이스를 사용하기로 했습니다.

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대략 요런 사이즈인데요. 애초 계획은 리튬인산철 배터리를 파우치(패치) 타입으로 좌우로 두 줄을 쌓을려고 했었는데요.

배터리를 찾다보니 적당한 사이즈를 찾기가 좀 어려웠습니다. 그나마 구한건 좌우 사이즈보다는 높이가 애매하네요.

배터리 개당 높이가 1.05cm 라는데, 가방 안쪽 높이가 애매하다는...

케이스가 굴곡도 조금 있다보니 정확한 내부 사이즈를 재볼 수 없었습니다.

대략 8cm 조금 넘는 것 같긴한데... 들어갈려나... 쩝...

아... 배터리가 8장들어가야 하는 이유는.. 

위에서 말했다시피 4장이 한 세트(?)가 되어야 하기 때문입니다.

이유는 인산철 배터리는 전압이 3.3v 입니다. 따라서 차에서 쓰는 보통 말하는 12v 를 만들기 위해서는

3.3 x 4 개 직렬 연결해서 13.2v가 나오게 해야 되기 때문이죠.

하지만 그렇게 4장만 연결하기에는 너무 남는 공간이 많고 캠핑에서 2박을 하기 좀 어려운 용량이 되서

4장씩 연결한 배터리 2개를 병렬로 연결해서 용량을 두배로 만들려나 보니 최소한 8장의 배터리가 

들어가야 한다는거죠.

뭐 고민해봐야 소용없으니 일단 배터리 주문부터 해버렸습니다.

안되면 4장만 쓰고 나머지 4장은 다시 만들면서 쓰려고요...

이렇게 구성하는 것을 4S2P라고 합니다.

S는 직렬로 몇개 연결되었는지를 말하는걸로 배터리 타입을 알면 최종 전압(V)을 알 수 있겠죠.

P는 병렬을 의미하여 배터리 용량(A)을 알 수 있습니다.

케이스 다듬기

자... 배터리는 주문했으니 이제 케이스를 좀 다듬어야 합니다.

전동드릴 케이스다보니 안쪽에 칸막이가 되어 있거든요.

이걸 다 잘라내 줘야 합니다. 

커터와 니뻐를 동원해서 마구마구 잘라내줬습니다. 

그냥 케이스를 따로 살걸 그랬나..라는 생각이 들긴 했지만 그러면 뭔가 테스트.. 자작... DIY의 의미가 없어지는 듯 하여

몸으로 때웠습니다.

배터리 테스트, 밸런싱

배터리 도착!

제가 구입한 제품은 단자재생 제품으로 좀 저렴하게 나온 제품입니다. 

정확한 스펙도 없고 출처도 불분명 하지만... 테스트라는 미명하에 그냥 사봤습니다.

용량은 대량 20A 정도이고 4S2P로 구성하므로 13.2V 40A짜리 배터리로 구성할 생각입니다.

걱정했던 높이는 정말 딱 맞습니다.

아주 약간의 공간이 있는데 거기는 충격방지 및 고정용 스폰지를 조금 붙이면 될 것 같습니다. 

이제 배터리 테스트 및 준비단계입니다.

배송 받았을 때 전압을 체크해 놓은 것인데, 다행히 오차 없이 모두 3.61v를 가르켰습니다.

파워뱅크 제작을 위해 구매한 IMAX B6 충전기도 있습니다.

남들이 많이 쓰길레 뭐가 뭔지도 모르고 그냥 따라서 일단 질러본 배터리 충전기....라는...? ㅎㅎ

각각의 배터리를 일단은 모두 완전 충전을 시켜줍니다.

일단 모두 동일하게 만충을 시켜놓은 상태에서 일주일정도 방치할거거든요.

그러고 다시 완충을 시키면서 전압이나 충전되는 전류를 확인할겁니다.

이유는 아무리 동일 배터리라고 해도 각각의 셀 상태가 다르기 때문에 가장 상태가 좋은 배터리와 가장 상태가

안좋은 배터리끼리 묶어서 연결하면 전체적인 밸런스가 맞기 때문입니다.

그러기 위해 배터리 상태를 체크하는 단계라고 보시면 되겠습니다.

우측 밑에가 충전된 전류량입니다.

이 값을 기준으로 배터리 상태를 구분해 보려 했던건데... 모든 배터리 셀이 모두 동일하게 65ma가 충전되네요. -_-;

배터리 상태가 다 좋다는건지 방치하는 시간이 너무 짧았던건지 특이점은 못찾았습니다.

그리고 요건 부자재...

캡톤 테이프, 실리콘 케이블 8awg, 14awg, 22awg, XT90단자, DC 매립 잭 등등입니다.

파워뱅크 부품들이 도착한 시점이 동계캠핑 테스트 시기라.. 가능하면 빨리 만들려고 마구마구 주문했습니다.

이것만 해도 10만원이 넘네요.. ㅠㅠ

케이블 가격만 대략 4만원 좀 넘었던 듯 한데 이건 몇cm씩 파는게 아니라 5M를 구매했는데... 요런 다 쓰지는 않지만

기본적으로 필요한 충전기나 캡톤 테이프처럼 초기비용이 좀 들어가네요.

이런 것들은 한번에 다 쓰는게 아니므로 다른 파워뱅크를 만들때는 좀 부담이 덜할 것 같습니다.

대략적인 소요 비용

충전기,  BMS(인산철 4s 60A용) 합쳐서 대략 5만원

부자재 10만원

인산철 20A 배터리 파우치 10만원

총 25만원 정도가 들어갔고...

다음에 다시 제작을 하게되면 미리 구매해놓은 실리콘 배선이나 테이프류, 커넥터등이 있으니

동일하게 제작하면 15~20만원정도면 40A짜리 인산철 파워뱅크를 만들 수 있을 것 같습니다.

그마저도 시동용이나 고출력(1kw인버터 돌려야 하는 것 같은..)이 아니라면 적당히 저렴한

폴리머나 리튬이온으로 구성하면 더 저렴하게도 만들 수 있지 않을까 싶네요.

본격적인 제작기 및 테스트는 2탄에서...