MakerLee's Workspace

배터리 팩을 구성하고 난 후, 충전기를 조립해야 할 단계가 되었습니다.

뭐 어차피 핸드폰 충전기의 집합이라 배선 연결은 그리 어려운건 아닌데,

핸드폰 충전기의 충전중/충전완료 LED 표시를 버리기가 아까와서 집어넣다 보니 여태까지의 단면기판 에칭으로는 감당이 안되고

결국 양면기판으로 진출(?) 했습니다.

BAR 형 LED를 사용하다 보니 LED는 양쪽으로 갈라졌고,

이 LED 위치에 모든 커넥터와 배터리가 한번씩 들렀다 가야 하기 때문에

배선이 이리저리 뛰는군요.

에칭후 모습입니다. 상하면은 0.5mm 정도 어긋나서 그럭저럭 쓸 수는 있게 되었습니다만

양면 동판의 에폭시 재질이 단면 동판과 다른지 다림질도 그렇고 결과물도 그렇고... 깔끔하게 나오지는 않았습니다.

부실한 배선들이 많고 비아홀 작업까지 하느라 이거 만능기판에 와이어링하는거랑 별 다를게 없는 노가다가 되더군요

결국 배선작업 하는데 한 6시간 정도 쓰고;;;;

한개만 꽂아놓고 켜봤습니다. 

오오... 감탄하며 좋아했지만 이후에 지옥이 기다리고 있었죠.. OTL

사진을 잘 보시면 위쪽에 빨간색으로 1 2 3 4 5 써놓고

아래쪽에 9 8 7 6 10 써놓은거 보이시는지?

아래쪽 5개 배터리 포트는 스키매틱도 틀리고 보드도 틀렸더군요 허허허;;;;; ㅜㅜ

결국 니퍼로 배선 커팅해주고 아래쪽만 리와이어링 들어갔습니다. 여기서도 대략 6시간;;;

커넥터는 꼽을 수 있게 하려고 했는데 부품 찾아보니 암 커넥터가 두개 분량밖에 없더군요...

(나 진짜 왜이러니;;;)

결국 그냥 납땜했습니다. 충전기 쪽 커넥터가 있으니 뭐..

악전고투의 흔적...

배터리가 꼽힌 모습.

반대쪽 절반 만들고 나면 케이스를 씌워야지요

최종 테스트입니다.

일단 전원을 켜면 붉은 색과 녹색 LED 가 번갈아 켜지는데, 이것은 충전기의 부팅(?) 과정에서 일어나는 것이고

다 켜지면 충전중의 붉은 LED 가 들어오다가

충전완료되면 녹색 LED가 들어옵니다. 

동영상의 배터리들은 다 충전완료된 것들이라 바로 배터리 두개가 충전완료 상태로 되는것이 나오는군요.

(마지막에 LED가 꺼지는것은 전원을 꺼서 그렇습니다)

LED 간격이 좀 좁아서 완성 후 배터리팩에 살짝 가려질 것 같은데

그렇다고 보드 다시 그리고 다시 에칭하고 다시 납땜해야 한다고 생각하면

솔직히 하고싶지 않군요;;;;

충전기에 대한 스펙을 적지 않았는데

일단은 배터리 기본구성이 3.7V 4550mA 10개로 이루어져 있습니다.

그러면 37볼트 4.5A 배터리팩이 되지요. 시판품이 일반적으로 10A 이상인 것들이 많은 상황이라

저 배터리 팩을 1개 혹은 2개를 동시에 꽂을 수 있도록 할 생각입니다.(2개 하면 9.1A)

그래서 충전하려면 적어도 배터리 20개를 한번에 충전해야 하니 핸드폰 충전기를 20개-개당 3500원으로 총 7만원- 구매하여

집합시키는 작업을 한 것입니다.

이와 같은 배터리-충전기 구성은 셀 매니저가 달려있지 않은 자작 배터리에 대한 대응책으로

현재 제 배터리에는 PCM조차 달려있지 않기에 과방전은 전압 모니터를 통해 방지하고,

과충전은 믿을만한 충전기를 통해 방지하도록 했습니다.

(충전기는 일단 죄다 TTA 인증을 받았으니 그만큼 믿을 수 있죠)

셀간 밸런스는 방전시에는 맞출 수 없지만, 각 셀을 모두 개별 충전하기 때문에 충전시에 밸런스가 잡히게 되어 있죠.

일단 위와 같은 구상으로 제작하고 있습니다만

역시나 자작품이라 이론적으로 완벽한것도 아니고 항상 불안요소가 약간씩은 있습니다. ^^;

현재로서는 나름 크게 문제되지는 않게 만들고 있다 생각하는데 실제로 달려보기 전에는 어떤 문제가 생길지는 알수 없지요..

일단은 계속 만들어 볼 뿐입니다.

후기)

후... 회로도 그리고 보드 그리고 부품 주문하고 에칭하고 납땜하고 수정하고 테스트하는데

저번 주말부터 오늘까지 꼬박 걸렸군요.

특히나 어제하고 그제는 이틀 연속으로 퇴근하고 집에 오자마자 밥먹고 인두를 손에 들고 새벽 1시까지 쉬지도 못했더니

상당히 피곤합니다.

아직 반대쪽 보드작업도 해야하는데... 일단 좀 쉬고...

충전기 한개로 열심히 충전하는 모습입니다. 밤에 한개, 출근할때 한개, 퇴근해서 한개.

하루에 3개씩 충전해서 30여개의 배터리들을 죄다 충전하고 테스트를 했었지요.

같은 물건이라도 핸드폰 충전기는 판매자가 많아서인지 가격차이가 두배 가까이 나더군요.

조금이라도 싸게 사려 많이 찾았는데 다행히 괜찮은 가격대의 물건을 찾아냈습니다.

예비용 2개까지 해서 도합 22개의 충전기입니다. 박스 까는것도 일이네요. 

자체 장력으로 결합된 방식이라 옆구리를 망치로 통통 쳐서 뚜껑을 분리합니다.

220v 전원과는 접촉식으로 연결되어 있어 분해가 조금이나마 더 편리합니다.

처음에 3d로 설계하려고 조금 끄적거리다가 그냥 연필스케치와 계산기로 사이즈 잡고 제작에 들어갔습니다.

포맥스 3t와 ps판 1t, 2t 가 사용되었습니다.

시작부터 여기까지 대략 6시간 -_-

단자대로 연결하고 싶었으나 그거 사려면 또 나가야 하고 주말이라 적어도 월요일까지는 기다려야 하기 때문에 그냥 죄다 납땜연결입니다.

여기까지 대략 작업시간 3시간..

코드를 꼽고 전원을 돌려봤습니다. 일단은 이상없이 켜지는군요.

조금 쉬고 나서 LED bar 와 충전커넥터 작업을 해야겠습니다.

사실 배터리 구매전 끝까지 많이 망설였습니다.

최종 후보는 만물상의 리튬폴리머 배터리와 cyclone 의 리튬인산철 배터리 였고 많은 고민이 있었습니다.

가격만 비슷하다면야 리튬인산철이 안정성, 고방전률, 긴 수명, 그리고 최고의 장점인 짧은 충전시간 까지 갖춘 최상의 배터리라 할 수 있겠습니다.

리튬 폴리머 배터리는 리튬인산철 배터리와 비교해 몇가지 단점이 있긴 하지만 단점을 낮은 가격으로 극복하는 -_-;; 상황이었는데

이 부분에서 며칠 고민을 했습니다만... 타당한 이유를 찾기보다는 왠지 이쪽이 더 마음에 들어서

리튬 폴리머 배터리를 구입해 버렸습니다.

만약 실패할 경우 책임은 제가 져야겠죠..

만물상표 배터리...

저거 빼다가 날카로운 모서리에 베었습니다. ㅜㅜ

배터리 커넥터는 전선도 가늘고 1.25mm 피치를 가진 커넥터인데 맞는 숫커넥터를 찾을수가 없어서 전부 교체해야 합니다.

커넥터 압착기가 없어서 죄다 펜치로 조이는 중입니다. 거기다 펜치로 조였을 경우 전선에서 잘 빠지기 때문에 죄다 납땜까지 작업했습니다.

오른쪽이 원래 배터리, 왼쪽이 작업후 배터리

누런 테이프는 캡톤 테이프라고 하는데 난연성과 절연성이 있어 전자제품에 잘 쓰이는 테이프입니다.

라이터로 살짝 지져도 괜찮을 정도입니다.(그래도 1초 이상 지지면 불붙습니다 ^^:)

간단해 보여도 일일이 납땜하다 보니 커넥터 하나당 4번 납땜에 길이맞춰 전선 절단하고 캡톤 테이프 벗겨내고 다시 재단해서 붙이고...

시간이 엄청 걸립니다.

양이 너무 많아서 일단 테스트할 정도만 작업했습니다.  사망해있는 배터리는 없는지 테스트중입니다.

무게를 측정해봤습니다. 83~84g 정도군요

18650 리튬이온 배터리의 무게를 재봤습니다. 2400mAh 에 43.1g 이니

4550mAh에 84g 인 리튬폴리머와 별 차이는 없습니다.

18650의 부피는 (9*9*3.14)*65= 16532.1 mm^3

리튬폴리머의 부피는 대략 35500 mm^3 이니 2배의 용량차이를 감안하면 오히려 리튬폴리머가 약간 더 크군요.

그래도 원형인 리튬이온에 비해 사각형의 리튬폴리머는 공간활용성이 좋은 장점이 있죠.

그간 막연히 리튬폴리머가 조금 더 가볍고 작은 줄 알았는데 오산이었습니다.

뭐 최신형 배터리는 어떤지 모르겠습니다만... 어쨋든 부피와 무게는 거의 비슷하다고 보면 될 것 같습니다.

배터리가 거의 방전상태이긴 하지만 일단 임시로 6셀을 직렬 연결하여 22.8V 만들고 모터에 연결해봤습니다.

이후에 상황이 좀 급해져 사진은 없습니다만

1.저속일때는 모터가 돌아갔는데 중속 이상에서 바로 멈추길래 테스터로 찍어보니 배터리 하나가 아웃.

2. 다른 배터리로 교체하고 같은 테스트시 역시 배터리 하나가 아웃.

분리후 체크해보니 배터리는 이상이 없는데 PCM 회로가 완전히 돌아가셨습니다.

회로가 너무 작아서 불안한 마음이 있었는데 허용 전류가 턱없이 작은 듯 합니다.

배터리 구입전에는 위와 같은 상황 발생시

배터리의 병렬 개수를 늘려 전류를 분산함으로서 해결이 가능하지 않을까 하는 생각을 했었지만,

2병렬시에도 같은 상황이 발생하면 3병렬, 4병렬로 늘리면서

배터리 커넥터 교환작업을 한 2박 3일쯤 해야 가능하겠다... 라는 생각에 그냥 무식돌진모드로 바꿨습니다.

결론은 PCM 모두 제거!

** 앞서도 언급한 듯 하지만, PCM은 배터리 보호회로로서 없어도 배터리 작동에 이상이 가는 것은 아닙니다.

다만 과충전, 과방전, 과전류/회로쇼트 시 전원을 cut 해주는 역할로 배터리 수명을 오래도록 지속시킬 수 있죠.

충전에 대해서는 충전기가 안정적이라는 보장 하에는 별로 걱정하지 않아도 되지만, 과방전시 배터리가 사망하실 수 있고,

과전류시 배터리 수명이 급격하게 줄어들거나 쇼트시 배터리의 화재위험이 있기 때문에 사용시 주의가 필요합니다.

역시 리튬인산철로 가야했을까 하는 생각이 조금 들지 않는 건 아니지만, 이미 외길로 들어섰기 때문에 그대로 가야합니다.  ^^a

일단 PCM을 전부 제거했습니다.

하얀 사각형은 온도스위치로 일정한 온도 이상이 되면 스위치가 off 되는 물건입니다.  저것까지 뗄 필요는 없어서 남겨두었습니다.

일단 만의 하나 급격한 온도상승 등의 위험이 있을까봐 잠시 베란다로 이동했습니다

전원 켜고 돌려본 결과....

이상 없습니다.

장기간 사용시 어떤 문제가 생길 지는 모르겠습니다만, 일단은 사용 가능하다고 할 수 있겠네요.

이제 전자 부분에서는 배터리팩 구성과 배터리 전압 체크 회로, 충전기 구성 등이 남았군요.

배터리 때문에 약간은 찝찝한 마음이 남았습니다만... 상황이 이렇게 된 이상 다른 부분에서 안정성을 보강해가면서 나가야 할 것 같습니다.

이전 포스트 http://blog.naver.com/pashiran/90047722344 에서 언급했듯이

키트에 들어있는 컨트롤러의 LED 표시는 최저 19V 에서 24V 이상 범위를 가지고 있는데,

배터리 팩을 자작할 계획이고 최저 컷오프 전압이 22~26V 전도가 될 예정이므로 키트의 배터리 잔량 표시계는 전혀 쓸데없게 됩니다.

길 한가운데서 배터리가 방전되어 모터+배터리까지 짊어지고 힘들게 자전거를 끌고 다니는 사태는 만들고 싶지 않기에

배터리의 잔량 표시를 어떻게 정확하게 할 수 있을까 고민했습니다.

판매하는 제품으로 메꿀 수 있지 않을까 했는데 산업용은 너무 크고 고가이고..

차량용은  대부분 12~24V 전용이고..  생각보다 크고..

자료검색중 LM3914 라는 칩으로 간단하게 LED 표시 배터리 잔량계를 만들 수 있다는 사실을 알았습니다.

http://www.uoguelph.ca/~antoon/circ/batmon12.htm

http://kin.naver.com/detail/detail.php?d1id=11&dir_id=110209&eid=8TWKTL89LNAfZToPDA9t15Ger+DFU2Uf&qb=bG0zOTE0&enc=euc-kr&order=2

오.....

뭔소린지 모르겠어... ㄱ-;;;

라고 하는데, 저 설명의 3배에 달하는 전압을 입력할 때에는?  저항도 대충 3배를 끼우면 될라나??

3번 핀에 전원이 입력되는데, datasheet에는 6.8~18V 라고 되어 있다. 입력 전압을 낮춰야 할 것 같은데, 7812 쓰면 되나..?

이거 아무래도 또 다른 분들의 도움을 얻어야 할 것 같다..

원래 자작 충전기를 테스트하려 했으나..  저녁때 되니 만사가 귀찮아서 일단 쉬운것부터 하기로 했다.

남는 핸드폰 충전기를 분해해 봤으나...

구형이라 그런지 손납땜용 커넥터다.

커넥터 핀번호 알아보기가 더 힘들어서 패스.

조만간 충전기 몇개 사야겠다.

호기심에 배터리의 캡톤 테이프를 뜯어보았다. 의외로 pcm회로가 매우 작다..? 일부 부품 생략한 회로가 아닌가 걱정이 되기도 하는데

뭐 회로분석할 재주가 없으니 어쩔 수 없음.

오른쪽의 네모난 물건은 온도 스위치다. 70'c에서 끊어지도록 되어 있는 제품.

eleparts에서 같은 물건을 구할 수 있으며 온도도 여러 가지로 있다.

안정성으로만 따지자면 저 온도퓨즈가 배터리 한가운데에 배치되면 좋겠지만

그랬다가는 배터리를 적층했을 때 두께가 거의 두배 가까이 늘어나니 아쉽지만 넘어가야 할 듯 하다.

 배터리에 찍힌 자국이 살짝 있는데 이것땜에 반품할까 하다가 어차피 조만간 또 많이 사야하니 예비용으로 돌리면 될것 같음.

1.5Kohm 저항이 없어서 1.1K + 470 + (10 *4) 조합으로 1.5K 완성

10ohm 을 3개 연결했더니 1.49Kohm이 나와서 한개 더 끼웠다.

전선 색에 따른 역할

eleparts에서 배터리 커넥터를 주문했으나 연휴 때문에 다음 주에나 받을 수 있다.

이전 폰에 쓰던 배터리 거치대를 분해해서 임시로 사용해야 겠음.

저항은 1번 핀과 GND 사이에 연결하고, 배터리의 + 단자와 충전기의 + 단자, - 단자와 - 단자를 연결하면 된다.

합선에 주의해야 하기 때문에 한쪽 먼저 작업하고 한쪽 작업하는 식으로 했다.

충전 전의 배터리 전압.

이 테스터 상태가 영 메롱이라 테스터도 하나 사야할 것 같다. 신청서 낼때 예산좀 넉넉히 잡는건데 하면서 상당히 후회중..

시간마다 배터리 전압을 측정했다. 측정 시간이 다소 들쭉날쭉 한데 초반에 10분마다 측정하다가 힘들어서 30분 간격 측정으로 바꿨다가

새벽 1시 30분쯤 4.2볼트에 오르고 측정중지.

리튬 배터리의 전압이 올라가면 그때부터는 전압은 그대로이고 전류가 감소되면서 측정되기 때문에 현재의 똑딱이 테스터로는 잴 수가 없다.

엘레파츠에서 맘먹고 같이 테스터를 하나 질렀으니 도착하면 주말에 날잡아서 하루종일 측정해봐야 할듯.

어쨋든 자고 일어나니 아침에는 충전기에 초록불이 들어와 있고 배터리는 만충된 듯 보인다. 

전류 용량 체크가 불가능하니 나중에 다시 충전하면서 꼭 전류값까지 제대로 측정해야 겠다.

어쨋든 핸드폰 충전기에 1번 핀 battery id 에 1.5Kohm을 넣었을 때 충전시간은 생각보다는 짧아서 나름 마음에 들었다.

자작 충전회로가 얼마만에 충전하는지도 비교해봐야 겠지만 현재로서는 핸드폰 충전기에 마음이 가고 있음.

자전거야 사면 되고 모터도 사면 되고 장착은 적당히 개조를 하면 되는데.

문제는 배터리와 충전기다. 내가 갑부라서 연료전지 같은것도 마음대로 살 수 있는게 아니라 제작비용의 거의 50%를 차지하는 배터리 비용을 줄이려고

이것저것 고민하다 보니 의외로 해답은 가까운 곳에 있었다.

만물상에서 거의 똥값에 리튬 폴리머 배터리들을 판매하고 있는데, mA대 가격 비율을 계산해보면 왠만한 리튬 이온 전지보다 싸다.

단점이라 하면 역시 성능을 100% 확신할 수 없다 라는 것과 충전회로는 알아서~ 가 되는 것인데

불량률을 감안해도 월등히 싼 가격이니 배터리는 위엣 것들 중에서 고른다고 해도, 충전기는 역시 문제가 된다.

최고의 성능을 발휘하려면 셀 밸런서까지 달린 리튬폴리머 전용 충전기가 좋겠지만,

그럴 경우 충전기 가격만 해도 배터리 가격을 두세배 상회하는지라 좀 문제가 있고

구글링을 하다 보니 그럭저럭 괜찮아 보이는 충전회로를 발견했다.

http://www.shdesigns.org/lionchg.html

여기저기서 검색하고 조언을 얻어 보니 배터리를 병렬 구성한 경우 충전시간이 n 배가 될뿐 충전에는 이상이 없다고 하니,

위 회로를 다중구성하여 커넥터로 연결하면 배터리 성능도 어느정도 보존하고 충전에도 이상이 없을 것 같다고 생각됨..

제작비용도 1회로에 1천원쯤 되니 비용 면에서도 상당히 나쁘지 않아 보인다.

일단 부품을 주문하고 시험제작해 봐야할듯.