디월트 배터리를 활용하자 3편 - 작업등으로 사용하자

 1. 시작이 반?

디월트 배터리팩에 연결하여 출력 전압을 조정할 수 있는 장치는 이미 만들었다.

[ 나름 포스 있음 ]

이걸 책상 위에 올려 놓고 몇일을 쳐다보니 또다른 아이디어가 떠 올랐다. 물론 이전에 보조배터리 기능을 가지도록 성능을 확장하였지만, 활용을 늘리는 것은 나쁘지 않다고 생각한다.

2. LED 모듈

 사람마다 가격이 싸다고 느끼는 범위는 다를 것이다. 천원이 싸다고 느끼는 사람이 있을 것이며, 만원이 싸다고 느끼는 사람이 있을 것이다. 물론 현명한 사람이라면 들어간 소재를 고려하여 싸다 혹은 비싸다 생각할 것이다.

 LED 모듈은 사실 그렇게 비쌀 이유가 없지만, 워낙 열이 많이 발생하는 물건인지라 방열처리를 위한 부가적인 구조가 가격을 올리게 된다. 솔찌기 내구성은 써보기 전에는 알 수 없다. 자주 물건을 구매하는 알리 사이트에서 아래의 물건을 발견하게 되었다. 

12V 또는 24V를 사용할 수 있으며, 모듈 외부를 알루미늄케이스가 감싸고 있는 형태 이다. 뒷면 또한 발열을 위한 구조로 되어 있다. (사실 발열 구조는 살짝 아쉽기는 하다.)

하지만 가격이 워낙 착한터라 바로 구매하였다.

[ LED 모듈 구매 사이트 ]

구매 링크를 아래에 적지만 판매자가 가격을 변경하거나, 제품을 바꿀수 있으니 한번쯤 확인해보자.

처음에 제품이 12V, 24V 모두 사용 가능하다는 것에 대하여 의아해 했다. 어떤 구조 이길래 이정도의 전압 범위를 사용할 수 있을까 하는 생각이 들었다. 일단 배송되어온 것중 하나를 뜯어서 확인해 보았다. 내부 기판 자체가 워낙 간단해서 믿을 수가 없었다. 다만 판매자가 자동차용으로 판매하는 형태라서 24V도 되리라 생각하였다.

실험을 통하여 알게 된것은 12V ~ 15V는 1차 회로를 사용하고 22 ~ 23V 가 되면 2차 회로를 사용하는 것 같다. 처음에 12V 대로 정상적으로 동작하는 것을 확인하고 나서 24V를 걸었더니 퍽 소리와 함께 LED 모듈이 어두워 졌다가 다시 밝아졌다. (즉 12V를 걸었을떄와 거의 동일한 밝기). 하지만 내 경우 보통 12V를 사용할 예정이기에 다시 12V로 바꾸었더니 굉장히 흐린 상태였다. 즉 한번 이라도 24V를 걸면 내부의 특정 소자가 끊어지고 2차 회로로만 전기가 흐르도록 설계된 것 같다. (여튼 테스트 했던 1개 모듈은 봉인)

제품 소개에 1개당 45W라고 적혀 있지만 실제적으로는 10W 정도로 생각하면 된다. 12V 기준으로 Current가 1A정도 걸렸다.

3. 재료준비

늘 사용하는 포맥스 조각, LED 모듈 1개, 접착제 등을 가지고 시작했다. 포맥스는 제작할 구조에 맞게 이미 잘라서 준비했다.

[ 사실 포맥스 자르는 것이 큰일 ]

4. 제작과정

먼저 LED 모듈에 직접적으로 연결할 작은 받침부터 만든다.

LED모듈이 M6 볼트 너트로 바닥과 고정하는 형태이기 때문에 만든 받침대의 앞면 중간에 6mm 구멍을 뚫었다.

실제 LED 모듈을 고정할때는 아래의 사진과 같이 한다.

LED 모듈의 전원 연결부는 3.5파이 단자를 붙였다. 전력 소비도 그렇게 크지 않기 때문이다.

그다음에 이전에 만든 전압 조정장치와 결합하는 부분을 만들었다. 따로 옆에 두어도 되지만 이동의 편리성을 위하여 전압장치 윗부분에 필요에 따라 결합, 분리할 수 있도록 만들었다. 구조는 아주 간단한 구조이다. 'ㄱ'자와 'ㄴ'자로 결합하는 구조이다.

[ 아래쪽은 'ㄱ'자 ]

[ 위쪽은 'ㄴ'자 ]

이렇게 만든 것은 아래 같이 결합한다.

이렇게 만들고 난뒤 처음에 만들었던 작은 사각형 모양을 받침과 붙이면 된다.

그리고 나면 아래와 같이 최종적으로 결합해서 사용할 수 있다.

[ 나름 키가 크다 ㅠㅠ ]

[ 측면 , 원소주 엑스트라로 출현 ]

[ 스위치 온 상태 ]

5. 내용 정리

 판매자가 45W 라고 하였으나, 측정해 보니 12W 수준이었다. 생각보다 적은 전력소비 이었다. (= 적은 밝기? )  작은 창고와 같은 실내에서 사용하기에는 아무 문제 없어 보였으나, 외부 넓은 지역에서 작업하기에는 살짝 어두운 감이 있을 수도 있다. 내가 다른 작업등을 처음 만든 것은 아니며, 지인에게 만들어서 배송한 것은 60W로 소개된 LED 모듈 2개를 이용해서 만든 것이 있다.  이 버전은 실제적으로 LED 모듈이 개당 20W수준으로 동작하였으며 2개 달아서 40W 정도의 소비 전력을 보였다.  지인에게 선물한 버전은 보쉬의 12V 배터리팩을 사용할 수 있도록 만들어 졌으며, 3Ah 용량인 배터리팩으로 1시간 보다 짧게 작업등을 켤 수 있었다. 지인은 12V 배터리팩을 5개 가지고 있기 때문에 충전하면서 사용한다면 거의 무한대로 사용이 가능하다. 지인의 설명을 듣자면 밤에 외부에서 작업하는데 무척 효율적이라고 한다. 사실 더 밝게 하는 것도 방법이 없는 것은 아니지만 휴대성, 보관성, 지속성 등을 고려한다면 40W가 적당할 것 같다.

21V 6Ah 정도의 배터리 팩이라면,  100W를 켜도 1시간 이상 가능할테니, 아주 환하게 하려면 이정도로 구성하는 것도 좋을듯 하다. 다만 결과물이 크기가 커지는 것에 대해서는 고려하여야 한다. 

배터리 활용편 관련해서 기존에 작성한 글들을 아래에 소개한다.

[ 디월트 배터리를 활용하자 1편 - 니켈 스트립 제거기(갈갈이) 외부에서 사용하기 ]

[ 디월트 배터리를 활용하자 2편 - 보조배터리로 사용하자 ]

디월트 배터리를 활용하자 2편 - 보조배터리로 사용하자

1. 이미 만든거 한번더 확인

외부에서 18V 전원을 사용하기 위해서 바로 이전 글에서 아래와 같은 장치를 만들었다.

[ 3V ~ 20V 가변 가능 ]

만드는 과정이야 이전 글이지만 아래에 링크를 다시 올렸다.

[ 배터리 어뎁터 만들기 ] 

2. 만들고 나서 아쉬운 부분을 발견

제일 아쉬운 부분이 위에 사진에서 보이는 검정색 손잡이(가변 저항을 조절하기 위한 노브)의 위치가 마음에 안들었다. 뒷면에 불쑥 튀어 나와서 뭐랄까 걸리적 걸리는 느낌이 들었다. 상대적으로 반대편은 여유가 있기 때문이다. 

또 한가지는 전압, 전류를 표시하는 디스플레이를 수직으로 세웠는데, 의자에 앉아서 보면 아주 애매한 상태로 잘 보이지 않았다. 그래서 값을 읽기 위해서는 살짝 들어서 기울인 다음에 봐야 했다.

3. 첫번째 개선

몇일을 만지다 보니 불편해서 정말 못참겠는 상황이 되어 버렸다. 그래서 앞 뒷면을 바꾸고 디스플레이가 위치한 부분을 경사를 줘서 다시 만들었다. 그리고 디스플레이가 너무 커서 무거운 느낌이 들어서 디스플레이의 플라스틱 커버를 제거 하였다. 

[ 새롭게 태어난 앞모습 ]

이렇게 바꾸고 나니 앉아서도 잘 보이고, 뒷면이 평편하게 되어서 배터리를 수직으로 세울수도 있게 되었다. 

4. 두번째 개선 ( 보조배터리로 변신 )

앞면을 바꾸고 나서 곰곰히 생각해보니, 배터리팩을 보조배터리로도 사용해야 겠다는 생각이 들었다. 사실 무선 공구의 배터리팩을 보조배터리로 바꾸어주는 제품들은 많이 있다. 심지어 LED를 달아서 켤 수도 있게 하는 것들도 있다. 뭐 220V로 만들어주는 제품도 있으니...

이런저런 생각으로 하다가 일단 USB 출력 모듈이 집에 있기에 뒷면을 개조 하기로 마음 먹었다. 다행이 모듈이 내부에 들어갈 만한 공간도 되고 해서, 뒷부분에 꼽을 수 있도록 개조 하였다. 

[ 윗부분에 겨우 안착 ]

실제로 사용은 아래와 같은 형태로 사용한다.

[ glo 전자담배 조연으로 출연 ]

그냥 어디론가 떠날때 차에 6A 배터리팩 2개 정도 싣고 떠나면 몇일은 걱정 없을듯 하다.

- 2023-05-02 추가

 기능을 확장하여 작업등으로 사용할 수 있도록 만들었다. 아래 링크 참조

[ 디월트 배터리를 활용하자 3편 - 작업등으로 사용하자 ]

디월트 배터리를 활용하자 1편 - 니켈 스트립 제거기(갈갈이) 외부에서 사용하기

1. 니켈 스트립 제거기(갈갈이)

지난번 글에 만드는 과정을 소개한 도구이다. 니켈 스트립 제거기인데, 보통 사람들이 갈갈이라 부르는 도구이다. 

[ 갈갈이 1호 ]

만드는 과정을 소개 하면서 집안에서 사용하기에 조금 아쉬운 부분을 설명한 부분이 있다.  니켈 스트립을 갈아서 제거하는 형태이기 때문에 생각보다 미세먼지가 많이 발생하기 때문에 집안에서 사용하기에 살짝 부담되는 부분이다.  

[ 갈갈이 1호 만드는 과정 ]

2. 그럼 외부에서

내가 만든 스트립제거기의 핵심은 미니 그라인더(일명 드레멜)인데, 이 기계는 18V이면서 연결잭으로 3.5파이 단자를 사용한다. 실제 사용하면서 측정해보니 부하(Current)는 1A이하로 걸리는 아주 소형 제품이다. 먼지를 생각하니 집에서 나가서 근처 공원에서 살짝 제거하고 들어올까 라는 생각을 했다.  결국 배터리로 이 미니 그라인더를 동작시키기로 결정하였다. 

집 밖에서 사용하기 위해서는 18V를 만들면 되는 것인데, 18V 배터리팩을 만들수는 없고(이유는 18650 배터리를 4개 직렬연결하면 16.8V이며 5개를 직렬연결하면 21V이다. 살짝 애매한 전압들이다.) 겨우 1A정도의 부하가 걸리는 도구라서 기존 배터리팩을 사용하면서, 변압하기로 결정하였다. 이정도의 전력량이라면 $1 이하의 모듈로 변압이가능하다.

3. 만들기 소재 

미니 그라인더는 1A 정도의 부하만 걸리는 상황이지만 혹시나 모를 나중을 위하여 대략 10A정도의 부하까지 커버 가능한 소재를 준비하였다. 또한 현재의 전압과 전류를 표시 가능한 모듈도 준비하였다. 

위에 사진에 소개된 소재들은 아래와 같다.

- Step down module : 배터리팩이 21V 이기 때문에 18V로 강하시켜아 해서.. 최대 10A를 생각해서 약 $1.5 모듈로 승격 !! (미니 그라인더만 생각한다면 $0.2 모듈로 가능)

- 전압 + 전류계 : 현재 전압과 사용되는 전류를 표시하기 위해서

- 스위치

- 3.5 파이 단자

- XT60 단자 : 꼭 필요한 것은 아니지만 10A정도를 사용한다면 3.5파이 단자는 살짝 불안하기 때문에 ..

- 그외 : 전선, 포맥스

물론 소재 이외에 칼, 자, 접착제, 땜납, 인두.. 이런것들... 

4. 작업 과정 및 결과

준비된 소재들은 거의 대부분 그냥 사용하면 되는데, Step Down Module 만큼은 PCB에 부착된 가변 저항을 외부로 빼야한다. 즉 원래 부착되어 있던 가변저항을 떼에내고, 새로운 것을 연결해야 한다. 

이 모듈에서 가변 저항은 전압을 조절하는데 사용하며,  총 3개의 연결점이 있는데 위의 사진 기준으로 중간과 오른쪽은 쇼트되어 있다. 그래서 두개의 선만 연결하였다. 새로 부착하는 가변저항은 중간과 오른쪽을 연결해두고, PCB와는 두가닥만 연결하여 전압을 조절한다.  나름 공수가 들어가는 작업이라 위의 상태까지 제일 먼저 작업해 두었다.

사실 가장 센스가 필요한 부분은 배터리팩과 연결되는 부분이다. 오늘의 결과물을 만드는 과정에서 가장 시간이 많이 들어간 부분이다. 인터넷에 보면 배터리팩에 연결하여 전기를 뽑아낼 수 있는 제품들이 상당히 많다. 다만 내가 필요한 용도에 맞는 것이 없기 때문에 제작하는 형태이다. 

이제 쎈쓰를 발휘할 시간이다.

먼저 배터리팩과 직접적으로 연결되는 연결핀이다. 여러 소재가 있겠지만 가장 손쉽게 구할수 있는 것으로 만들면 된다.  처음 만들때는 프링글스의 바닥쪽에 있는 철판(?)을 가위로 잘라서 만들었고, 두번째는 아래와 같이 18650 배터리의 스폿용접에서 사용되는 니켈 스트립을 이용하여 만들었다. (소재가 무었이든 가까운곳에 있으면 된다.) 물론 프링글스보다는 니켈 스트립이 더 좋은 결과물을 만들어낸다. 

[ 핀 부분은 이걸로.. ]

니켈 스트립을 한뼘 정도 자른후에 두번 접는다. (총 4겹이 되도록) . 그리고 이것을 2개 준비한다. 그다음 아래와 같은 방법으로 조각을 붙이면서 모양을 만들어 간다. 

[ 제일 처음의 포맥스는 2 ~ 3mm ]

바닥에 포맥스를 살짝 깔고 연결핀을 꼽는다.   사실 이 부분이 핵심이다. 여기에서 시작해서 포맥스 조각을 붙여 나가기 때문이다.

[ 레고 1 ]

[ 레고 2 ]

위에 그림들과 같이 레고 쌓듯이 하나 쌓으면서 본드로 붙인다. 위에 그림에는 왼쪽 연결핀 부분만 소개했지만 오른쪽 나머지 핀도 그런식으로 쌓으면 된다. 

사실 이 부분을 만드는 과정 중간 중간에 사진을 찍어두지 않아서 위에는 다시 시뮬레이션 한 사진이다. 다 만들면 아래와 같은 모양새가 된다.

[ 첫번째 작품 ]

위에 사진은 처음 만든 것이고,  아래에 만든 것이 두번째 만든 작품이다.

[ 두번째 작품 ]

첫번째 만든 것은 지인에게 선물해 드렸고, 두번째가 내가 사용하기 위해서 만들고 있는 것이다. 니켈스트립을 줄이나 사포로 살짝 갈아내서 전선을 납땜하고 위쪽으로 먼저 뽑아 냈다.

위의 사진이 내가 만들려고 하는 결과물의 바닥판이다. 직육면체 모양이기 때문에 바닥판 이위에, 좌, 우, 앞, 뒤 판이 필요하며, 맨 마지막 상판으로 덥는다.

[ 상판 제외 모두 등장 ]

전면부는 전압, 전류를 표시하는 디스플레이와 전압 조절용 가변저항의 손잡이를 끼워 넣을 구멍을 뚫었다.

좌측면은 전원 스위치 및 3.5파이 단자를 위하여 구멍을 뚫었다. 작은 구멍 3개는 발열을 위한 숨구멍이다.

우측면은 XT60 단자를 위하여 칼로 오려냈다. 역시 작은 구멍 3개는 발열을 위한 숨구멍이다.

뒷판은 구멍이 없고 그냥 덮개 수준이다. 

전면부중에서 디스플레이는 칼로 오려서 끼워 넣었고, 가변저항 손잡이 위치는 드릴로 구멍을 뚫었다.  

[ 전면부의 앞면 ]

[ 전면부의 뒷면 ]

좌측면은 모두 드릴로 구멍을 뚫어서 자리를 잡았다.

[ 좌측면 ]

우측면은 칼로 오려내고 안쪽에서 포맥스 조각을 붙여서 XT60 단자를 고정시켰다. 아마도 칼로 오린 모양새가 별로였던지 근접 촬영을 안해 놓았다. ㅠㅠ

그 다음 각각 필요한 전선들을 납땜을 하였다. 

전선들은 딱 맞는 길이로 미리 잘라서 납땜을 하면 좋겠지만, 세상은 그리 편하지 않기 때문에 살짝 길게 먼저 납땜을 한다. 그 뒤에 뒷판을 제외한 각 방향의 판들을 본드를 이용하여 붙였다. (어차피 포맥스이기 때문에 강력본드 한두방울이면 딱 붙는다.)

위의 사진처럼 준비가 되면 그 다음부터는 조금 길게 자른 전선들을 배치를 봐 가면서 딱 맞게 자른다. 물론 좀더 길어도 상관없다. 어차피 박스 안에 구겨 넣으면 되니까.

뒷판과 상판은 유지보수를 위해서 본드로 붙이지 않는다. 뒷판은 가는 피스 4개로 고정했다. 

[ 구겨 넣은 결과 ]

원래 처음부터 소재들이 들어가기에 충분한 공간으로 설계했지만, 전선들이 포함되면서 생각보다 꽉차보인다.  

일단 동작을 확인한 후에 상판을 피스로 고정하였다. 

[ 상판 결합 ]

위에 사진에서 전압, 전류가 이상하게 표시되는것 같은데 이건 디스플레이가 고장난 것이 아니라 실제로는 저렇게 안보이는데, 사진으로 찍으면 저렇게 보인다. 


사실 XT60 단자가 있는 쪽은 너무 안 이쁘게 나왔다. 

[ 소금통 엑스트라로 등장 ]

5. 사용

만드는 과정에도 동작 테스트는 했지만, 내 입장에서 최고의 결과물이다.  전압 조절도 잘 대고 대략 7 ~ 8 A 정도도 잘 나오고, 처음 계획인 미니 그라인더도 18V로 출력을 조절해서 사용하니 아주 잘 돌아간다.  노력한 나에게 막걸리 한사발을 선물했다.

캬~

-2023-04-26 추가

만든거 몇일을 만지작 하다보니 불편한 점이 생겼다. 그래서 보완하고 보조배터리 기능을 추가하였다. 아래의 링크로 확인 가능하다.

[ 디월트 배터리를 활용하자 - 2편 ]

-2023-05-02 추가

활용도를 높이기 위하여 작업등 모듈을 추가 하였다. 아래의 링크로 확인 가능하다

[ 디월트 배터리를 활용하자 3편 - 작업등으로 사용하자 ]

18650 배터리 니켈 스트립(니켈똥)을 제거해보자

1. 니켈똥

18650 배터리에 니켈 스트립을 스폿 용접한 부분을 떼어내면, 니켈 스트립이 배터리에 약간 붙어 있는 상태로 떨어진다. 이것을 '니켈똥'이라고도 부른다. 내가 붙인 이름은 아니고 누군가 그렇게 이름을 붙였는데, 통용되고 있다.

[ 니켈똥 ]

일단 배터리를 재사용하려면 저것들을 제거해야 한다. 내 경우 마이크로 니퍼로 먼저 손질을 좀더 한 다음에 후공정을 진행하였다. 

[ 마이크로 니퍼 ]

2. 후공정 : 방법 1

처음에 특별한 도구를 사용한 것이 아니라 다있소에서 파는 천원짜리 줄로 작업하였다. 미세한 줄이라서 쓱쓱 문지르면 어느정도 가공이 되었다. 

[ 야스리 3종 세트 ]

평줄, 둥근줄 두개를 이용해서 대략 작업은 되었지만 만족할 만한 결과를 얻지 못했다. 줄로 작업하는 경우 배터리를 감싸고 있는 껍데기가 항상 손상되기 때문이다.

3. 후공정 : 방법2

예전에 3D 프린팅하면서 후공정을 위하여 사둔 미니 드릴 그라인더가 있었다. 사람들이 드레멜(Dremel)이라 부르는 도구인데, 드레멜은 도구의 모양새를 말하는 것이 아니라 브랜드 이름이다. 블랙앤데커라는 회사가 전동공구 브랜드로 디월트, 스탠리,블랙앤데커라는 가지고 있듯이 드레멜은 보쉬라는 회사의 한 브랜드 일 뿐인데, 워낙 미니 드릴 그라인더가 유명해서 마치 대명사가 된듯 하다.

[ HILDA 미니 드릴 그라인더 ]

이 미니 그라인더에 사포를 연결하거나 추자석을 연결하여 니켈 스트립을 제거하였다. 

4. 갈갈이

배터리에 붙은 니켈 스트립을 효과적으로 제거하기 위한 도구를 어느 용자분이 '갈갈이'라 칭하기 시작했고, 인터넷에서 굉장히 많은 버전이 올라와 있다. 3D 프린터기로 프린팅한 버전도 있고, 베어링에 모터까지 포함한 어마무시(?)한 버전도 많이 있다. 

나는 일단 보유한 미니 드릴 그라인더를 이용하여 간략 버전으로 만들기로 결정했다. 내가 배터리로 먹고 사는 사람이 아니다 보니, 거의 쓸일이 없지만, 그래도 일년에 두세번 이상은 쓸듯 하여 만들게 되었다.

일단 포스너로 19mm 구멍을 내고 톱으로 반을 잘라내었다. 소재는 2년전에 주서다가 분해해 놓은 목재 의자의 다리 부분이다.  (일전에 18650 배터리 용접을 위한 지그 만들때 썻던 그 소재이다.)

톱으로 대충 자르다가 보니. 모양세가 별로이다. ㅠㅠ

19mm  구멍을 내고 반을 자를 이유는 미니 그라인더가 대략 그정도의 지름을 가지고 있기 때문이다.

[ 일단 그라인더 고정 ]

밑판위에 반쪽을 본드로 붙이고, 그위에 그라인더를 놓고 나머지 반쪽을 피스로 고정하였다. 피스로 고정하는 이유는 그라인더가 항상 저기에 고정되는 것이 아니라 필요할때 고정을 해서 사용하고, 평소에는 다른곳에서 사용하려고 하는 이유이다. 이렇게 붙이고 나서 보니 높이가 너무 낮아서 밑판에 붙인 반쪽을 떼어내고,  나무를 좀더 댄 다음 다시 붙였다.

구조가 워낙 간단하기 때문에 거의 마지막까지 만든 모습은 아래와 같다.

배터리가 놓이는 쪽도, 포스너로 구멍을 뚫고 반을 갈라서 나란히 붙였다. 높이를 맞추기 위하여 가지고 있던 포맥스 조각들을 겹쳐서 아래쪽에 깔았다. 

이렇게 사용하다보니 자꾸 얼굴쪽으로 먼가 튀길래 이런 저런 고민을 하다가, PET병 하나 잘라서 가림막을 만들었다.  

[ 거의 최종 ]

위의 사진에는 PET병을 그냥 걸쳐 놓은 상태인데, 나중에는 피스로 고정했다.  자꾸 왔다갔다 하는 것이 신경쓰여서 피스로 고정하니 정말 만족스러웠다.  

5. 마지막으로

대략 20개 정도 되는 배터리를 갈아보았다. 생각보다 미세한 먼지가 많이 발생하는 것을 느낄 수 있었다. (목의 칼칼함이나. .뭐. 이런 느낌.). 집에서 작업을 진행하기 위해서는 먼지를 막을 수 있도록 보강 작업이 필요할듯 하다.  물론 집밖에서 작업을 할 수 있다면 정말 좋을 것 같다.

C-rate에 대하여 알아보자

1. C-rate

Capacity Rate의 줄임말이다. 한국말로는 충방전율 이라고 표현한다.  1C, 10C, 0.5C, 40C 등 다양한 값의 배터리팩이 존재한다. 보통 RC Car 하시는 분들이 익숙한 표현이다. 한국말 표현에서 짐작할 수 있겠지만 얼마나 충전이 잘되냐와 얼마나 방전이 잘되냐를 가늠할 수 있는 지표이다. 살짝 다른 말로 표현한다면 얼마나 빨리 충전할 수 있는지와, 얼마나 빨리 방전시킬 수 있냐를 나타내는 지표이다. (= 충방전속도)

2. 계산식

계산식은 생각보다 간단하다.

충방전시 최대로 걸릴수 있는 부하(Current)를 배터리 용량으로 나누면 된다.

최대 방전을 20A로 할 수 있는 배터리가 용량이 2000mAh이라면, 이 배터리의 방전능력은 10C이다. 

3. 충전율과 방전율

배터리가 충전율 및 방전율이 동일한지는 잘 모르겠으나, 배터리 제조사가 제공하는 Spec을 봐도 충전율이 방전율보다 한참 아래이다. 즉 배터리 제조사는 분명이 충전율과 방전율의 값이 다름을 표시하고 있다.

내가 좋아하는 LG의 HG2 배터리를 예를 들어 보자. 제품의 Spec에 최대충전 4A, 최대방전 20A, 용량은 3000mAh라 명시하였다. 이를 위의 공식에 대입해 보면 아래와 같다.

충전률 = 4 / 3 = 1.333C

방전률 = 20 / 3 = 6.666C

내가 찾아본 배터리 중에서 방전율이 가장 높은 18650 배터리는 20C의 값을 가진다.  일반방전 18650 배터리는 2C 정도의 값을 가진다고 생각하면 된다. 

고방전 18650 배터리의 최대충전이 4A인 것도 생각해 볼 부분이다. 무슨 이야기냐 하면 배터리를 충전할때 4A 이상의 부하로 충전을 하면 배터리가 열이나며, 화재 폭발의 위험이 있을 수 있다는 것이다.  물론 병렬 연결된 경우, 병렬 갯수만큼 전류를 높여도 된다. 내가 가진 DeWALT, Bosch 충전기는 후면에 최대 4A의 출력이라고 명시하고 있다.  배터리의 충전레벨이 낮은 경우 거의 4A로 충전을 하고 약 80% 정도 충전된 경우 전류를 많이 낮추어서 충전하는 것으로 알고 있다. 

4. 속도?

방전능력은 몇 A로 전기를 뽑아내는 것인데 속도랑 무슨 관계인지 의아해 할 것이다. C-rate가 무슨 속도와 관계된 것이냐 하겠지만  C-rate 계산식 자체가 시간을 포함하는 공식이다.

표준은 1C 이다. 이것이 의미하는 이야기는 정말 단순한데 최대 방전능력으로 배터리를 사용한다면 1시간 동안 사용할 수 있다는 의미이다.  배터리가 낼 수 있는 최대 방전능력으로 사용한다면 얼마나 사용할 수 있는 가를 아래에 예를 들었다.

0.1C = 10시간

0.5C = 2시간

2C = 30분

4C = 15분

5C = 12분

10C = 6분

5. 마지막으로

 방전 능력이 높은 배터리 일수록 더 높은 힘을 낼 수 있지만, 사용하는 전동 공구가 얼마나 받아줄 수 있냐도 관건이다.  보통 전동 드릴은 무부하에 3A정도 걸리고 부하시에 7A 정도 까지 걸린다. 평균 4A로 생각한다면 DeWALT의 5Ah 배터리는 75분 정도 사용가능하다. 이 경우 배터리팩이 가지는 최대 방전능력으로 동작하지는 않는다 보통 DeWALT의 5Ah 배터리팩은 30A (6C) 정도의 방전 능력이 있는 것으로 짐작된다. 

 현장에서 사용하시는 분들의 이야기를 들어보면 5Ah 배터리로 그라인더 작업시 대략 30분 정도를 생각하는 것 같다. (사용 환경에 따라서 편차가 크다.)  역산해보면 그라인더는 평균 10A정도로 부하가 걸린다고 볼 수 있다.  최근 중국에서 구매한 BLDC 5인치 그라인더를 테스트 해보니 무부하에 8A정도 걸렸다. 즉 상시 부하가 걸리는 것이 아니니 평균을 잡아보면 10A정도가 맞는듯 하다.  

보통 무선 전동공구와 관련된 회사가 배터리팩의 방전능력을 명시하지 않는다. 개인이 배터리팩을 만든다면 최소 20A 정도의 설계는 해야 하며,  연속해서 사용해야 한다면 30A 이상으로 설계 하는 것을 추천한다.  내 경우 그라인더를 위해서 최대 40A가 되도록 설계 하였다.

디월트 호환 배터리 이야기

1. 구매

사람마다 선호하는 브랜드는 다르다. 내 지인은 Bosch를 선호한다. 여기에 영향을 받은 나도 Bosch로 시작을 했지만, 나는 DeWALT를 선호하게 되었다. 사실 예전직장 근처에 디월트체험관이 생겼고, 두번 가봤는데 실제 경험해보니 참 가지고 싶은 물건들 이었다. 아마 이때 부터 디월트라는 브랜드에 대하여 호감을 가지게 되었나 보다.  주머니 사정을 고려하여 전공 공구는 정품을 구매하더라도, 배터리는 호환 배터리를 사용하기로 결정하였다.

그래서 처음으로 부품을 구매하여 20V 6A배터리팩을 만들었다. 

[ DeWALT 배터리팩(20V Max 6Ah)을 만들어 보자 ]

아주 만족스러운 배터리팩 이었지만, 문제는 무게 였다. 생각보다 무겁다. 장시간 작업이 아니고 간단한 작업을 하기에는 너무 무거운 형태라 3A 배터리팩을 만들어야 겠다는 생각이 들었다.  만들려고 하려면 또 케이스와 PCB 및 18650 배터리를 구매해야 해서 알리를 검색하던 중간에 나름 대박인 물건을 발견하였다.

아래의 링크로 확인이 가능하다.

[ 알리표 디월트 배터리 ]

* 확인해 보니 위의 링크는 더이상 찾을수 없는 물건이라고 한다. 그래서 취소선 추가

실제로 내가 구매한 가격은 위의 가격이 아니고 2개 세트를 $19에 구매하였다..  요즘 알리에서 하는 "꽁돈대첩"을 이용해서 좀더 할인받은 형태로 구매한 결과이다. 

굳이 믿지 못할 배터리셀이 들어가 있는 이 배터리팩을 사게 된 이유는 케이스 + PCB 만을 두세트 구매하는 가격이 그렇게 싸지 않기때문이다. 이것만 구매하는데 $10 이하로는 힘들어 보였다. 제품 구입 및 배송료를 합하니 대략 $14 정도여서 고민하다가 이 제품을 찾게된 것이다. 배터리셀이 아무리 못 믿을만 하더라도 일단 사용할만하고 필요시 배터리셀만 바꾸면 되기 때문이라고 생각했다. 

또한 가격을 고려해 본다면 실제 용량이 3Ah가 된다는 것은 불가능하기에 이부분도 감안하고 배터리를 구매하였다.

2.  분해

대략 2주만에 물건이 배송되어 왔다. 외관은 별 문제없고, 일전에 만든 배터리팩과 거의 동일한 수준의 외형이었다. 아니. 정확하게 말하면 스티커까지 붙어 있기 때문에 좀더 미려해 보였다.

[ 외관 1 ]

[ 외관 2 ]

일단 가지고 있는 툴에 결합하여 사용해 보았다.  심야인 상황이라 부하가 있는 테스트는 못하였지만, 잠깐 사용해 보았고 정상적으로 동작하였다. 

정상동작을 확인한 후에 바로 분해하였다. 분해는 어렵지 않다. 바닥면에 있는 별모양 나사 4개를 풀면 끝이다. (물론 결합도 마찬가지이다.)

외부 플라스틱 부분과 배터리 부분은 쉽게 분리가 된다. 어차피 배터리팩을 만들어 보았고 그것과 구조가 동일하기 때문에 어려운 부분은 없었다.

[ 일단 분리 !! ]

분리해 보고서 알게 되었는데, 이 제품은 타 제품보다 꼼꼼한 부분이 있었다. 타 제품을 구매한 것은 아니지만 인터넷에 공개된 다른 제품들의 분해사진을 통하여 정보를 수집하였다. (사실 이 제품을 구매하기 전에 여기 저기서 구매후기나 분해사진등을 보았다. )

꼼꼼하다고 생각되는 부분은 아래 세가지 이다.

첫째 : 18650 배터리의 양극 부분에 절연지(또는 절연링이라고 한다)를 잘 붙여 놓았다. 이것은 위에 분리한 첫번째 사진을 보면 된다. 

둘째 : 0.2mm의 니켈플레이트를 사용하여 배터리를 연결하였다. 

위의 사진에는 캘리퍼스의 숫자가 보이게 하려고 촬영한 탓에, 실제 어느 부위를 측정하고 있는지 잘 알수 없지만 배터리에 붙어 있는 니켈플레이트를 측정하고 있는 사진이다.

일부 제품은 0.1mm 두께의 니켈플레이트를 사용한 것들이 있다. 0.1mm 두께로 10A를 보내는 것은 바람직하지 않다고 생각한다.

셋째 : 온도센서가 배터리쪽에 잘 부착되어 있다. 아래의 사진중 빨간색 동그라미 부분을 보면 배터리쪽에 하얀색 고무 같은 것으로 온도센서가 부착되어 있다. 온도센서가 배터리와 가깝게 붙어 있어야 열감지가 쉬운데 단순히 테이프로 붙인 것이 아니라 전자회로쪽에서 쇼트나 고정을 위해서 사용하는 그 소재(사실 이름이 먼지 모름)로 고정되어 있다. 그외에 초록색 동그라미를 표시한 부분인데, 여기 배선이 두껑을 닫다가 눌릴수 있고 쇼트가 날수도 있어서 고정시켜야 하는데, 내열테이프로 잘 자리잡도록 고정해 두었다.

마지막으로 배터리는 확인할 수 있는 회사는 아니였다. 배터리에 찍인 글자는 YG18650이라고 되어 있었다. 

내가 가진 장비 기준으로, 용량체크를 위해서는 일단 배터리팩에서 셀을 분리해서 측정해야 하는데, 약간의 귀차니즘이 발동해 버렸다. 아무리 꾸진 배터리셀이라도 당장은 쓸 수 있기 때문에 현 시점에서 분리할 필요가 없다고 생각해서 이다.

그리하여 웹서핑을 열심히해서 이미 동일한 배터리에 대하여 용량을 테스트하신 용자분의 글을 찾아보았다. 

[ YG18650 배터리 셀 테스트 ]

영어 사이트가 아니기 때문에 구글의 도움으로 번역본을 읽어 보았지만, 사실 읽지 않아도 되었다. 위에 링크에 포함된 내용중에 아래의 그림 한장만으로 결론을 알 수 있다.

5셀이 직렬로 연결된 상태로 방전테스트를 진행하였고, 그 결과 용량이 1651mAh 이었다. 즉 이 배터리는 3Ah의 용량을 가지는 것은 아니고, 실제 용량은 2Ah미만 (대략 1.8Ah)으로 측정되었다. 

-2023-04-21 추가

약 0.8A 부하가 걸리는 장치로 1시간 29분 사용하고 나니 전압이 15V이하로 떨어졌다.  

  1.5시간 X 0.8A = 1.2Ah 

결국 이 배터리 팩은 1500mAh 수준이며, 제품 표면에 부착된 스티커의 딱 절반 용량이었다. 워낙 가격이 싸서 불만은 없으며, 배터리셀이 고장나면 LG의 HG2 18650으로 셀을 교체할 예정이다. 

배터리의 경우 방전 능력이 사실상 중요하다. 방전 능력을 1차로 판단 가능한 지표는 C-rate(Current Rate라 읽는데, 충방전율이라고 표현도 한다 )이다. 배터리에 10C 라는 글자가 있는데, 이 글자가 맞다면 이 배터리는 최대 18A 정도까지 방전할 수 있다는 이야기이다.  물론 중국표 배터리는 워낙 스펙이 과장된 터라 믿을 수는 없다.  

C-rate에 대한 내용은 아래 링크에 따로 정리해 두었다.

[ C-rate에 대하여 알아보자 ]

그외에 내부 저항을 측정하는 방법이 있는데, 역시 전문 장비가 없다면 정확한 측정은 어렵다. 아무리 중국표라고 해도 전동공구용 18650 배터리는 중방전 정도 되는 배터리를 사용한다. 이유는 일반방전 배터리를 사용하는 경우 모터의 기동전류 조건을 만족시키지 못하기 때문에 동작이 어렵다. 이에 따라서 중방전 이상 사용한다.  위에 테스트하신 용자분의 내용을 잘 읽어보면 최대 15A 정도가 가능하다고 했으니 고방전까지는 아니더라도 중방전의 상위급 정도로 이해하면 된다. 

3. 조립 및 사용

일단 분해하여 내부 구조를 살펴본 후에 다시 조립했다. 역시 조립후에 한번더 전동 공구랑 결합하여 이상이 없는지 테스트 하였다. 동작은 제대로 하였고 필요한 곳에 사용할 예정이다. 정품배터리는 아무 생각없이 사용하면 되지만,  이번 호환배터리는 아래의 내용을 유의해서 사용해야 할 것이다. (호환 배터리는 제작해서 판매하는 회사가 워낙 종류가 많아서 모두 확인이 안되나, 대략 큰 차이가 없을꺼라 생각된다. )

- 이 배터리팩은 높은 전력을 연속으로 요구하는 전동공구에 적합하지 않다. 
  DCV501(청소기), DCG440(그라인더) 등은 연속으로 사용해야 하며, Current도 높게 걸리는 편이다. 보통 10A가 넘게 걸린다. 이런 장비들에 지금의 배터리팩을 연결하여 가동시킨다면, 배터리에 무리를 주게 되고 결과적으로 배터리 수명이 급격하게 떨어질 것이다.  드릴, 임펙 종류에 사용하되 그것 역시 간간히 사용하는 경우에 적합하다. 

- 가끔 사용 중간에 배터리팩을 손으로 만져보자. 배터리팩이 미지근하다고 생각된다면 사실상 사용을 중지하고 다른 배터리팩을 사용하거나, 쉬었다가 사용하는 것을 추천한다. 배터리팩의 방전 능력에 근사하는 사용을 지속하면 배터리에 열이 빠르게 발생한다. (일반 방전 18650 배터리인 경우 2A로 연속방전을 하면 뜨겁지는 않더라도 미지근해진다.) 이러한 상황이 되면 살짝 쉬어 주는게 맞다. 아니면 방전능력이 더 높은 배터리팩( 5S2P 구조)을 사용하는 것이 맞다.

끝으로.. 이 배터리팩은 가격대비 정말 가성비는 높은 배터리팩임은 인정한다. 하지만 일전에 소개한 것처럼 자기가 직접 18650 배터리셀을 선택하고 구매해서 제작하는 것이 맞을듯 하다. 이유는 자신이 사용하는 환경은 자신이 가장 잘 알기 때문이다.  정품 배터리팩이 비싼 이유는 AS 비용을 포함하고 있어서도 있겠지만, 자신들이 판매하는 모든 전동공구에서 무리없이 돌아갈 수 있도록 설계하기 때문에 스펙이 살짝 높은 면도 있는 것이다. 배터리팩에서 가장 원가가 높은 것이 18650 셀인데, 5S2P 배터리팩을 제대로 만들려면 배터리 가격만 몇만원인 점을 잘 생각해 보자.

- 2023-03-31 추가

내가 가진 장비(2종류)로 이 배터리팩의 5셀에 대하여 각각 내부 저항을 측정해보니 수십번의 측정중에 한번 17mΩ이 나왔다. (측정 결과의 빈도는 100mΩ이 넘는 것이 더 많다.)  이를 바탕으로 짐작을 해보면 이 배터리팩에 사용된 셀들은 방전능력이 나쁘지 않다는 것을 알 수 있다.