작년 초에 손 볼 때는, 그래도 어찌어찌 돌아갔는데, 이번에는 고치려면 작업량이 너무 많아져서 안하려고 했는데, 이번에 전동스케이브보드의 배터리팩을 새로 만들기로 마음먹은 탓에, 겸사겸사해서 한번에 진행하기로 했다.
마침 알리익스프레스 세일도 하고 해서,
전동킥보드의 불량 증상은..
'간헐적 power off' 수준이었는데,
요즘은 그냥 아예 on이 안된다.
몇가지 경우를 생각할 수 있는데...
1. 배터리팩 내 일부 셀이 파손되어서 10S voltage가 안나온다.
2. BMS가 망가져서, 충전이 안된다.
1번의 경우에는, 배터리팩을 완전 해체해서 리빌드. 일부 배터리만 교체하면 되니까 최소한의 가격으로 수리 가능. 하지만 배터리팩 전체 해체 / 재조립이기 때문에 위험부담이 크다. 말 그대로 위험.
2번의 경우에는, BMS만 교체하면 되는 거라서 부담은 적은 편이다.
< 배터리팩을 떼어냈다. 36V의 10S4P의 40개 셀이 들어간 배터리팩이다 >
< 이게 굉장히 이상한 상태인데.. 이 숫자는 나오면 안된다. >
완충전압이 42v이고, 현재 전압이 31.46v이면, 차이는 10.54v. 2로 나누면 5.27v, 3으로 나누면 3.51v, 4로 나누면 2.64v
보통 리튬계열 배터리가 3v 이하로 내려가게 되면 수명에 심각한 문제가 있다 보면 된다.
충전하고나서 운행한지 얼마 안되어서 멈추었기 때문에 배터리 소모가 크지 않을 건데... 3.7v 이하로 내려갈 수준까지 사용은 하지 않았다. 그럼 배터리가 2.5S 이상 문제가 있다는 얘기인데... 어떻게하면 이런 상황이 생기는지 이해를 못하겠다.
뜯어보기 전까지는 모르는 상황.
따라서 간단하게 수리는 불가능할 듯 싶고.. 그냥 해체 후 리빌드가 답이라는 결론이 나왔다.
일단 뜯어보자.
배터리팩의 절연튜브를 떼어내주면 안쪽의 하우징이 나온다.
< 저가형 배터리팩의 경우, 안에 fiber glass sheet로 박스를 만들고, 그 안에 배터리팩을 넣어둔다. 잘만 만들면 별 문제는 없다. >
< 문제는.. 배터리들을 글루건으로 고정해서 10S4P 통짜로 묶었다는 거지. 당연히 충격에 약하고 단선 시 심각한 문제를 초래할 수 있다. >
위 사진은 한번 내가 손본 상태이다. 절연 깨지거나 합선이 생길 수 있는 영역은 캡톤 테이프로 한번 발라두어서 안전하게 해놓은 상태. 안전하다고 해서, 무적은 아닌데.. 도대체 어디서 10.54v loss가 발생한거지.
< 해체에 앞서 먼저 BMS 연결된 충전 커넥터를 뽑아준다. 이거 안뽑고 해체, 연결 작업하면 BMS에 과전류가 순간 흘러서 망가질 가능성이 있다. >
그럼 이제 cell 단위로 해체를 시작해보자.
이미 이전의 1차 수리를 통해서, 4P씩 글루건으로 묶여있고, 이게 직렬로 연결되는 것을 알고 있다.
< 좌하단부터 우하단 방향으로 cell 1 ~ cell 5, 우상단부터 좌상단까지 cell 6 ~ cell 10 >
우하단, 우상단의 cell 5와 cell 6의 직렬 연결을 먼저 끊어준다. 이게 작업상 용이해진다. 그 다음에는 위/아래로 갈라서 해체하면 된다. 반대로 조립할 때도, 위아래 따로 작업한 다음에 중간에 이어주는 편이 용이하다.
Cell을 하나씩 해체하는데.. 문제가 하나씩 보이기 시작한다.
< Cell 2 - cell 3 간의 직렬 연결한 니켈 플레이트가 끊겨있다. >
스팟 용접한 후에 플레이트를 접어서 배터리팩을 만드는데... 너무 오랫동안 접힌 채로 충격을 받았나보다. 배터리팩을 풀러내니까 장력이 풀려서 그냥 떨어져나온다.
< Cell 1 - cell 2로 접혀있던 니켈 플레이트가 끊겨있다. >
이건 정말로 해체하지 않으면 알 수 없는 일이다.
< Cell 8 - cell 9는.. 배터리4개 중 2개는 연결되고, 2개는 끊어졌다. 끊어지지는 않았으니, 이건 연결로 친다.! >
< 가장 심각한 cell 9 - cell 10. 이게 지난번 1차 수리에서 간단하게 손본 것인데.. short에 의한 탄화가 발생했다. 위험한 상황이었기 때문에, 긴급조치 정도로 마무리지었다. 다음번 수리할 때 본격 손대려고.. 그게 바로 지금이다. >
< 이렇게 +와 -가 닿으면서, 벌어지면 안되는 short가 발생했고, 그 이유로, 간헐적으로 power off가 되었다. 근본적으로.. 니켈 플레이트를 접은 것이 원인이다. >
< 배터리 바깥쪽에 탄화자국이 보인다. >
< 손상이 제일 심한 cell 9의 2개. 이건 빼박 교체. 재사용은 위험하다. 수축튜브와 절연테이프가 있어서 절연은 다시 할 수 있는데... 찜찜해서 사용하고 싶지 않다. >
< 배터리 병렬 단위로 해체 완료. >
아직도 원인을 정확히 모르겠다. 전원은 cell 1 에서 -를, cell 10에서 +를 뽑아내기 때문에, 10S가 연결되지 않으면 아예 전원 측정이 안된다. 그런데 31.46v가 되었다는 것은... 일부 cell이 충전되지 않았고, 이 cell들은 전원을 뽑히기만 해서 아예 죽어버렸으며, 이 때문에 4.2V 깍아먹고, 나머지 9S가 36v 이하로 급격히 내려가서 컨트롤러 차원에서 전원 low로 안켜지는 것이 아닌가 싶다.
추정으로는... short damage 받은 cell 9,10을 관리한다고 BMS에서 제대로 충전을 안한 것이 아닌가 싶다.
따라서 근접하게 short damage 받은 4개 cell을 폐기하고, 나머지는 모두 재활용. 손상된 4개는 신품 교체.
이상적으로는 cell 9, 10의 8개를 모두 다 신품 교체가 제일 좋은데, 당장 배터리 재고가 7개이기도 하고, 수리비가 너무 많이 나가는 것은 원하지 않았으니.
직접 손상받은 셀 4개 옆 셀들 묶어서 재활용하는 걸로
.. 시간이 흐르고..
갈갈이를 한참..
< 재사용할 배터리 36개 낱개단위 준비 완료. >
글루건으로 고정해놓은 것 다 떼어내고, 일부 외관 절연비닐 손상간 것은 캡톤테이프로 보수. 재사용 준비 완료.
해체 및 재사용 준비를 마쳤으니, 이제부터는 조립이다.
< 브라켓을 이용해서, 안전하게 제작할 계획이었다. 이런 모양으로.. >
기존의 배터리팩과 다른 모양으로 만들려고 했는데, 기존의 배터리팩은 필연적으로 니켈 플레이트를 꽉 접어 만들게 되고, 이게 충격이 심해지면 '떨어지는 게 아니라, '끊어져버리는' 문제가 생겼다.
그러니까, 이런 식으로 옆으로 붙여버리면 아예 니켈 플레이트를 접지 않아서 근본적인 해결책이 된다.
문제는.. 뭘 해도 공간이 안나온다. 그래서 그냥 관둠... 쳇.
기존과 똑같은 방식으로 제작하되, 브라켓을 이용해서, 니켈 플레이트가 종이접듯 완전히 접히는 것만 막아주는 정도로 하려고 한다. 브라켓을 이용하면 배터리 cell당 최소한 2mm의 공간이 확보되기 때문에, 니켈 플레이트가 완전히 접힐 일은 발생하지 않는다.
< 기존과 동일하게 접어만들 모양이지만.. 글루건으로 고정하지 않기 위해서, 8개씩 묶었다. >
Cell 1 - cell 10, Cell 2 - cell 9. Cell 3 - 8 처럼 고정을 하면, 최소한의 횡방향(?)의 안정성은 확보하게 된다.
< 이런 식으로 쌓아서 만들 예정. 계산상으로는, 2cm의 길이가 늘어난다. 나중에 하우징 연장이 필요할 듯 하다. >
작업에 앞서 간단한 테스트.
지금 내가 사용하는 스팟 용접기는 휴대용으로, 스펙이야(뻥 같아서 전혀 신뢰를 못하겠는..) 0.15T까지 된다는데, 해보면 안된다.
간신히 0.12T까지만 가능한 수준.
암만 생각해도 배터리 출력이 부족해서 그런 것으로 보여서, 배터리를 대대적으로 갈아엎을까도 고민을 했는데.. 할 수는 있는데, 할 필요가 있나? 하는 생각이 들어서 하지는 않았다.
지난번에 전동스케이브도드 배터리팩 만들 때도 0.12T로 간신히 붙인터라 영 불안해서.. 본 작업 전에 테스트부터 시작한다.
먼저 0.1T
< 0.1T는 무리없이 붙는다. 3겹을 붙여도 붙긴 붙는다. >
< 0..12T는 붙기는 붙는데.. 3겹은 사실상 안붙는다고 봐야된다. >
기존의 니켈 플레이트가 대략 0.2T정도 되는 것 같은데, 0.1T는 너무 얇고... 그렇다고 0.12T는 접합이 너무 불안정하고..
고민 좀 하다가, 그냥 이 참에 쓸만한 녀석으로 하나 사기로 했다.
에휴... 저렴하게 배터리값 4개로 커버하려고 했는데(1만원..), 스팟 용접기만 7만원을 들이게 되는구나. 거 참...
공구값은 안 아까운데, 예산초과다.
전부터 구입하려고 봐두던 제품은
CX4500
실 사용 평 괜찮고, 개인적인 용도에서는.. 이정도면 충분한 수준. 웬만한 배터리 교체 작업/제작 정도는 다 커버된다. 스펙상 0.6T까지 된다고 하고, 상황에 따라서 알루미늄 플레이트 붙이는 것도 가능해보인다. 잘 사용하면, 마그네슘 하우징 깨진 것도 가능할지도.
제일 중요한 건..
이 녀석은 배터리가 아니라, 전원 인가식이다. 6.5KW짜리 출력이고. 1500A까지 다루는 거였던가?
게다가 인가 전류량과 인가 시간까지 다 조절이 가능하기 때문에, 정말로 필요한 세팅이 가능하다.
전류량이 부족하면 시간으로 커버하면 된다. 이게 무척 크게 작용하는 것이.. 배터리 용 외 범용 사용이 가능하다는 거지.
이 녀석 5일 배송으로 $3 더 주고 주문..
도착하면 마저 작업이다.
