무선 진공청소기나 무선드릴에는 반드시 중방전 또는 고방전 리튬이온 충전지가 들어가야한다.(일반용으로는 동작 안됨)
내 경우는 고방전18650이나 20700(21700)을 99% 사용하고 있다.
이렇게 직렬로 구성해서 장기간 사용하다보면
각 배터리마다 성능 및 전압 차이가 생길 수 밖에 없다.
예를들어
최초에는 4.2V + 4.2V + 4.2V 로 정확히 맞춘뒤 배터리팩을 만들겠지만
일반적인 12.6V 충전기를 이용하여 충전하다보면 실 사용중 방전/충전을 반복하다보면
각 셀간 전압이 미세하게 차이나기 시작할 수 밖에 없고 이 상황이 계속 누적되다보면
6개월 정도 후에는 4.1V + 4.0V + 4.5V가 될 수도 있다.
(아니 필연적으로 이렇게 될 수 밖에 없다.)
대단히 위험한 상황이 되는것이다.
시장에 나와있는 비교적 고가의 청소기나 전동공구들에는 나름 셀간 편차를 보정해 주는 기능이 들어있으나
그 기능들도 썩 완벽하지 못하며 오랜기간 사용중 과충전 방지등 기능에 고장이 날수도 있고
애당초 이런 편차 보정기능의 성능이 현저히 떨어지거나 아예 없는 제품들도 많다.
(중국산 전동공구의 호환배터리들에는 아예 셀사이에 있어야 하는 추가핀 조차 없는 제품들이 대부분임)
DIY로 셀교체 하거나 개조하는 경우, 대부분 2S 또는 3S충전기 등으로 불리는 리튬이온충전기 들을 사용하는데
아래와 같은 방식이다.
[BMS]
나름 보호회로의 기능과 밸런스 기능이 통합된 BMS가 있으나
개인적인 생각으로는 BMS의 밸런싱 기능은.. 사실 거의 없다고 보는게 맞다고 생각한다.
셀의 과방전, 과충전, 순간적인 과다출력등을 막아줄 수 있는데다 각 셀마다 보호회로를 달 수가 없으니
최소한의 안전을 위해서는 다는것일뿐,
밸런스 잡는역할까지 기대하는 사람은 없으리라.
(BMS 3S의 경우, 첫번째, 두번째 셀이 4.1V이고 세번째 셀이 만충전전압도달시, BMS는 세번째 셀의 전류를 태워버리는 식이라곤 하는데
실제로 보면 전체 충전을 중단시켜버리게 되니 혼란스럽다.
미세하게 차이가 나는경우는 태워버리고
많이 틀어진 경우는 한셀이 만충 도달시 전체 충전을 멈추는것인듯 싶으나 확신 못하겠다.
왜냐하면 나는 굳이 만충전할 필요를 느끼지 못하다보니 BMS가 남는 전류를 태우는 경우도 거의 없을듯 하고, 청소기이다보니 힘떨어지면 바로 알기때문에 과방전 시킬일도 없으니..
게다가 나는 무조건 밸런스충전을 기본으로 하고있어서 BMS가 충전중 개입할 소지가 없다)
※ BMS가 필요없다는 말이 절대 아님.
내 경우는 중고셀들을 조합하여 사용하느라 일반적이지 않고 불편하게 사용하고 있는 케이스인데
각 셀별로 제각각 충전하는 방식은 효율도 나쁘고 속도도 느린등 불편한 점이 많아서
이렇게 쓰는 사람은 많지 않은것으로 알고있다.
일반적인 2S or 3S or 4S 등등의 리튬이온 충전기를 사용한다면 BMS는 절대로 생략해선 안되며
BMS가 있더라도 충전중 자리를 뜨지 않아야만 한다.
[배터리팩 성능 오래 유지하기]
같은 로트에서 나온 신품셀로 팩을 구성한다면 한동안 또는 상당기간 문제없이 쓸 수 있을것이다.
고전류로 충전하는것은 지양하고 저전류로 충전하면서
여기다가 가끔씩 밸런스 충전까지 해 준다면 그 성능과 수명은 더 길어질 것이다.
그러나 오랜기간 반복적으로 충방전이 계속되다보면
셀간 점점 차이가 생길수밖에 없고(특히 방전할때 이 차이가 점점 벌어지게 됨)
더구나 DIY 한답시고 중고셀을 이용하여 팩 구성했다면 애당초 처음부터 꽤 편차가 많이 있는 상황일 가능성도 크다.(사실상 처음부터 배터리 팩이 불량품이라고 보아야 함)
어쨌건 장기적으로는 BMS 할아버지를 달아놓아도 밸런스 틀어지는것은 어쩔수가 없다.
그래서 셀간 전압을 가급적 자주 확인해 보는 동시에
가끔씩이라도 각 셀간의 편차를 줄여주기 위하여 개별충전 = 밸런스 충전을 해 주어야만 한다.
이렇게 해 주면 안전은 상당히 담보되며, 셀의 수명도 더 길게 연장될 것이다.
(물론 셀하나가 갑자기 죽어버리는 경우등은 어쩔 수 없으며 장기간 사용에 의한 수명감소 편차증가도 감수해야만 함)
[B3 충전기]
B3형 충전기는 각 셀별로 충전해 주는 형태로 컴팩트하게 구성되어 있고, 가격도 절대적으로 저렴한 편이다.
(B6와 비교하여 상대적으로 저렴하다고 하기는 어려움)
여러 메이커들이 있으며 다수 벤더의 다양한 모델들을 사용해 보았으나,
밸런스잭만을 이용하여 충전하다보니, 충전 전류가 높지 못한데다
충전 시작했는데 도중에 에러 뱉어내는 경우가 잦아서 100% 만족스럽진 못한 상태이다.
가끔씩 충전시작시점 혹은 충전중 에러가 발생하면서 중단되는데 다시 껐다가 충전시 멀쩡히 되는 경우도 있다보니, 에러 사유가 잘 납득이 되지 않을때가 많다.
충전전류가 낮다보니 오래 충전해야 하는 점도 불편하지만, 저전류라서 배터리 수명이나 안전 측면에서 보면 장점도 된다.
무엇보다 사용법이 간단하다보니 주부들도 무난하게 쓸 수있다는 것이 최대 장점이다.
※ 나는 그래도 불안하여 알리에서 타이머 콘센트 구입하여 충전기에 사용중이다.
[B6 충전기]
짝퉁제품이 많은데다 짝퉁의 짝퉁까지 난무하면서도, 설계도 및 SW Code까지 공개되어서
정품이나 짝퉁이나 큰 차이가 없을정도인데다 가격도 저렴하여 국민충전기라고까지 불린다.
전체 충전(3S인 경우 12.6V)도 가능하고 밸런스충전 병행도 가능한데
밸런스충전 단독은 제공되지 않는것이 너무나 아쉽다.(방식이 다르니 어쩔수 없다고 생각됨)
주부들이 사용하기에는 어려우며, 배터리에도 전체충전단자와 밸런스단자를 모두 만들어 주어야 밸런스 충전까지 사용할 수 있다.
[가장 효율적인 충전기]
실제 생활용으로 쓰기에는 B3형 밸런스 충전기가 편하고 안전하다.
경험상 불안한 신뢰성의 B3보다 더 믿을만한 충전기는 위의 기성품 충전기가 아닌
TP4056모듈을 3~4개 이용하여 자작한 아래 형태의 충전기였다.
아래는 기본 구성이다. (필요할 경우 5V어댑터와 TP4056모듈은 계속 갯수를 늘려가면 된다)
주의할것은
TP4056모듈은 각 배터리 갯수만큼 필요하고
DC5V 어댑터는 TP4056모듈 갯수만큼 필요하다는 것이다.
※ 혹시 아래처럼 5V 어댑터 하나만 쓰면 되지 않느냐고 생각하는 경우가 많은데,
안되므로 시도하지 말것!!!
그 이유는 TP4056의 IN- 단과 BAT- 단을 테스터기로 찍어보면 알 수 있는데
복잡하게 이해하려고 노력할 필요도 없이 그냥 안된다고 생각하면 됨
무조건 DC 5V 어댑터는 TP4056갯수만큼 준비해야 한다.
부피가 있는 어댑터를 여러개 동시에 써서 구성해야 한다는 점이
이런류의 충전기를 만드든데 있어서 가장 어려운 부분이다.
(B0505S 같은 Isolation module을 쓰는 방법도 있으나,
상대적으로 모듈 가격도 비싸고, 무엇보다 효율이 떨어지므로 재미삼아 해 보는것이라면 몰라도 추천할만하진 않다)
2셀(2S) 이상인 경우 PCM대신 BMS를 사용하게 되며
고방전용 BMS는 따로 나온다.(청소기나 전동공구에는 일반 BMS쓰면 절대 안됨)
알리에서 고방전 BMS를 쉽게 구할 수 있는데, 10A~60A까지 용량 및 가격대도 다양하다.
나는 진공청소기에 25~30A BMS면 충분하겠지 싶어서 사용해 보았는데,
잘 동작하던 청소기가 갑자기 덜컥 하고 잠기는 현상을 몇번 경험했다.
DC모터마다 기동전류가 필요하여 최초 순간적으로 확 당겨가야 하는 전류가 각각 다르며,
지속적으로 과도한 전류를 당겨가야 할 수도 있다.
아예 모터가 최초에 돌지 않거나, 동작하다가 갑자기 멈춰 버리는 경우가 있으며
알리발 30A BMS를 사용했음에도 문제가 생겼음을 볼때, 알리 BMS의 30A 표기가 뻥튀기 되어있다고 생각하고 있다.
이후에는 이 청소기의 BMS를 제거해 버리고 사용해 오고 있다.
-> 내 경우에는 항상 저전류로 밸런스 충전만 하고 있고 물리적인 타이머 콘센트까지 사용중인데다
사용기기가 진공청소기 이다보니 힘떨어지면 바로 알아챌 수 있어서 과방전 상황은 절대 일어나지 않는다.
일반적인 경우는 아니므로, 안전을 위해서는 BMS 사용해 줄것.
물론 좀더 고용량인 60A정도의 BMS로 바꾸면 되었겠지마는.. 굳이 진공청소기인 경우에는
밸런스 충전 100% 하게 되면 BMS 없이도 아무런 문제가 없어서 BMS 제거하고 사용하는 중이다.
(만약 가족이나 친척,친구에게 만들어 주어야 했다면 썩 미덥지는 못하더라도 BMS를 반드시 넣어주었을것이다.)
우리집의 모든 모터(280모터 이상) 들어가는 제품은 100% 밸런스 충전만 하고 있는데(청소기, 전동공구등)
B6를 사용한다면 더 안전하고 전기요금도 적게 나오겠지만, 대신 불편했을것이고
편의성과 다루기 쉬우면서도 안전도 어느정도 보장된
B3 혹은 tp4056 자작 밸런스 충전기를 주로 사용중이다.
(일반적인 어댑터와 외양이 비슷한 리튬이온 충전기는 절대 사용하지 않는다. 너무 위험하다고 생각됨)
(Una9a 라는 충전기가 밸런스잭만을 이용하는데, 지금은 단종되어 구할 수 없다. 물론 가격도 10~15배 정도 비싸다)
실제 청소기와 전동공구를 여러대 사용중 이므로,
충전부(TP4056포함 왼쪽) 와 기기부(TP4056제외한 오른쪽)를 분리하였다.
이렇게 함으로써 충전부는 충전기가 되어 여러 청소기와 전동공구에 두루 두루 사용하고 있다.
위 그림의 보라색 사각형 부분에 편의상 밸런스잭 male-female을 각각 달아서 충전시에만 서로 끼워 사용할 수 있게 했다.
(알리에서 밸런스잭, 밸런스커넥터, JST-XH등으로 검색하면 쉽게 구할 수 있음)
일반 충전을 하더라도 배터리 팩을 만들때 무조건 밸런스 잭은 뽑아놓을것을 강력하게 권함
참고로 밸런스 잭은 핀 갯수에 따라 여러가지가 있으며 아래는 배터리 2개 직렬용인 핀 3개짜리이다.
착각해서 거꾸로 꽂을 위험을 줄여주는 용도가 중요함
RC용 배터리에는 대부분 이런 밸런스 잭이 달려있어서, 충전기들과 무난하게 호환된다.(호환안되는 다른 종류의 잭이 달려있기도 하다는데, 잭이야 교체하면 되니..)
밸런스 잭이 저렴하긴 한데, (알리에서 3핀~9핀까지 구입 가능하며 핀 갯수가 더 많은게 있는지는 모르겠음)
구조가 단순하다보니 아무래도 가끔씩 접촉 불량이 생길때가 있다.
다음에 어쩔 수 없는 상황이 생기면 항공단자를 써볼까 생각중에 있다.
※ 오해가 있을까하여...
냉정하게 얘기한다면
내가 쓰고 있는 배터리 팩들은 이미 불량품인 상태이다.(∵ 쓸때마다 셀간 전압이 틀어지므로)
제대로 만들어진 신품이라면 셀간 편차가 생기지않고 방전 성능도 동일할것이므로
나처럼 번거롭게 개별 밸런스 충전할 필요도 적고 어쩌다 한번씩 체크해주면 된다.
나는 최소 5년이상 매일 사용하는 가정용 청소기등에 사용하다보니
새 셀을 집어넣어도 몇달후부터는 이미 불량셀 상태가 되어버릴것이고
애시당초 중고셀을 대량 구입해 두기디 했기때문에
애당초 이런 방법으로 사용하고 있는것이다.
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