인산철 320Ah 배터리 만들기: 나만의 강력한 파워뱅크 제작 도전기!

오프그리드 시스템, 또는 넉넉한 파워뱅크를 꿈꾸시나요? 그렇다면 인산철(LiFePO4) 배터리는 최고의 선택 중 하나일 겁니다. 오늘은 이 인산철 배터리를 직접, 그것도 320Ah라는 대용량으로 만들어보는 도전에 대해 이야기해보려 합니다.

주의: 배터리 제작은 전기와 관련된 작업이며, 잘못될 경우 화재, 폭발 등 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 이 글은 정보 공유를 목적으로 하며, 실제 제작 시에는 충분한 지식 습득과 안전 수칙 준수가 필수입니다. 초보자에게는 완제품 구매를 권장합니다.

왜 인산철(LiFePO4)인가?

납산 배터리에 비해 인산철 배터리가 각광받는 이유는 명확합니다.

1. 뛰어난 안전성: 화학적 구조가 안정되어 열 폭주 위험이 낮습니다.
2. 긴 수명: 충방전 사이클 수명이 2000~5000회 이상으로 매우 깁니다.
3. 높은 에너지 밀도: 같은 용량 대비 가볍고 부피가 작습니다.
4. 일정한 전압 유지: 사용 중 전압 강하가 적어 안정적인 출력을 제공합니다.
5. 빠른 충전 속도: 납산 배터리보다 훨씬 빠르게 충전할 수 있습니다.

320Ah 용량은 12V 시스템 기준으로 약 3.84kWh의 에너지를 저장할 수 있는 상당한 양입니다. 캠핑카에서 에어컨을 잠시 돌리거나, 긴 시간 동안 냉장고, 조명, 전자기기 등을 사용하기에 충분한 용량이죠.

320Ah 인산철 배터리, 직접 만들면 어떤 점이 좋을까?

• 비용 절감: 완제품 대비 부품을 직접 구매하여 조립하면 비용을 절감할 수 있습니다. 대략 75만원에 320A 제작가능합니다
• 맞춤 제작: 원하는 크기, 형태, 단자 위치 등으로 나만의 배터리 팩을 만들 수 있습니다. 차량에 장착가능 
• 구조 이해: 배터리 내부 구조와 작동 방식을 깊이 이해하게 됩니다.

제작에 필요한 핵심 부품들 ( 총 가격은 320a 기준 대략 75만원 정도 )

 

320Ah 인산철 배터리 팩(일반적으로 12V 시스템을 기준, 즉 4S 구성)을 만들기 위해서는 다음과 같은 부품들이 필요합니다.

1. 인산철 배터리 셀 (3.2V): 320Ah 용량의 셀 4개 (4S 구성). 신뢰할 수 있는 제조사의 신품 또는 상태 좋은 중고 셀을 선택하는 것이 중요합니다. (₩437,065  알리에서 구매)  배터리상태 신형
2. BMS (Battery Management System): 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등을 관리하고 과충전, 과방전, 과전류, 단락, 저온/고온 상태로부터 셀을 보호하는 핵심 부품입니다. 사용하는 셀 구성(4S)과 최대 충방전 전류를 고려하여 적절한 용량(₩38,491 알리에서 구매 260a  온도계 온오프 가능한 전선)의 BMS를 선택해야 합니다. 밸런싱 기능이 있는 BMS를 선택하는 것이 좋습니다.
3. 버스바 (Busbar): 각 셀의 양극(+)과 음극(-)을 직렬로 연결하는 금속 판입니다. 셀과 함께 제공되는 경우가 많지만, 별도로 구매할 수도 있습니다. 충분한 전류를 견딜 수 있는 두께와 재질(보통 니켈 도금 구리 또는 알루미늄)이어야 합니다. 남은것 사용
4. 배터리 단자 (Ring Terminals): BMS와 외부 부하/충전기를 연결하는 케이블 끝에 압착하는 원형 단자입니다. 사용하는 케이블 두께와 볼트 사이즈에 맞는 것을 준비합니다.
5. 배터리 케이블: 배터리 팩과 BMS, 그리고 외부 시스템을 연결하는 두꺼운 케이블입니다. 배터리 용량과 BMS의 최대 전류에 맞춰 충분히 굵은 케이블(6AWG 알리에서 구매)을 사용해야 합니다.
6. 배터리 홀더/브라켓: 셀을 안정적으로 고정하고 셀 간의 간격을 유지하여 안전성을 높입니다.
7. 배터리 케이스/방수케이스: 완성된 배터리 팩을 외부 충격과 환경으로부터 보호하는 역할을 합니다. 플라스틱, 금속 등 다양한 재질이 있으며, 통풍이 잘 되는 구조가 좋을 수 있습니다. (430x350x190mm ₩74,446 알리에서구매) 생각보다 튼튼함
8. 수축튜브: 케이블 단자 연결 부위 등을 절연하여 단락을 방지합니다.
9. 각종 볼트, 너트, 와셔: 셀 단자와 버스바, 케이블 단자 등을 고정하는 데 사용됩니다.
10. 퓨즈 와 전류계: 배터리 팩 전체 또는 특정 출력 라인에 설치하여 과전류로 인한 손상을 방지합니다. 매우 중요한 안전 장치입니다. (전류계 ₩42,055  350A 알리에서구매)

필요한 공구

• 절연 공구: 스패너, 렌치 등 (단락 위험을 줄여줍니다)
• 압착기 (Crimper): 케이블에 배터리 단자를 단단하게 압착하는 공구입니다.
• 케이블 스트리퍼: 케이블 피복을 벗기는 공구입니다.
• 멀티미터 (전압, 저항, 도통 테스트): 각 셀의 전압 측정 및 배선 확인에 사용됩니다.
• 열풍기 (Heat Gun): 수축튜브 작업을 위해 필요합니다.
• 안전 안경, 절연 장갑: 필수 안전 장비입니다.

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제작 과정 (간략히)

1. 계획 수립: 어떤 시스템(12V, 24V 등)에 사용할지, 필요한 전류량은 얼마인지 등을 구체적으로 계획합니다. (여기서는 12V, 320Ah 기준)
2. 부품 구매: 신뢰할 수 있는 판매처에서 필요한 부품을 모두 구매합니다. 특히 셀과 BMS는 신중하게 선택합니다.
3. 셀 밸런싱 (매우 중요): 배터리 팩을 조립하기 전에 각 셀의 전압을 동일하게 맞춰주는 작업입니다. 일반적으로 상단 밸런싱(Top Balancing), 즉 모든 셀을 3.4V 또는 그 이상으로 완전히 충전하여 전압을 맞춥니다. 이 과정이 제대로 되지 않으면 배터리 팩의 수명이 단축되거나 BMS가 오작동할 수 있습니다.
4. 셀 배치 및 고정: 배터리 홀더나 브라켓을 사용하여 셀을 안정적으로 배치하고 고정합니다. 셀 간의 단락이 일어나지 않도록 주의합니다.
5. 버스바 연결: 셀 단자에 버스바를 사용하여 직렬로 연결합니다. 토크 렌치를 사용하여 제조사 권장 토크로 정확하게 조입니다. (예: 4S 구성 시, 셀1+와 셀2-, 셀2+와 셀3-, 셀3+와 셀4- 연결)
6. BMS 배선: BMS 제조사의 배선도에 따라 밸런스 케이블부터 연결하고, 마지막으로 메인 B-(배터리 팩 전체 음극)와 P-(BMS 출력 음극), B+(배터리 팩 전체 양극)를 연결합니다. 배선 순서와 극성에 각별히 주의해야 합니다. 잘못 연결하면 BMS가 즉시 손상될 수 있습니다.
7. 케이블 및 단자 작업: BMS의 P+ 또는 B+(BMS 종류에 따라 다름) 단자와 외부 시스템으로 연결될 출력 단자에 적절한 굵기의 케이블을 연결하고 단자를 압착합니다. 메인 배터리 팩의 B- 단자에도 외부 시스템으로 연결될 케이블을 연결합니다.
8. 안전 장치 설치: 배터리 팩의 양극 라인에 퓨즈 또는 회로 차단기를 반드시 설치합니다.
9. 케이스 조립: 완성된 배터리 팩을 준비된 케이스에 넣고 고정합니다. 입출력 단자를 외부로 노출시킵니다.
10. 최종 확인 및 테스트: 모든 연결이 올바른지 다시 한번 확인합니다. 멀티미터로 전체 전압을 측정하고, BMS가 정상 작동하는지 확인합니다. 작은 부하부터 연결하여 작동 테스트를 시작합니다.

안전 제일!

다시 한번 강조하지만, 배터리 DIY는 위험이 따르는 작업입니다.

• 항상 절연 공구를 사용하세요.
• 금속 액세서리(반지, 시계 등) 착용을 피하세요. 단락 위험이 있습니다.
• 작업 중에는 안전 안경과 절연 장갑을 착용하세요.
• 작업 공간을 깨끗하게 유지하고 불연성 물질 근처에서 작업하세요.
• 화재 발생 시 사용할 수 있는 소화기 (되도록 금속화재용 D급 또는 CO2 소화기)를 미리 준비하세요. (단, LiFePO4 화재에 대한 대응은 전문가마다 의견이 다를 수 있으며, 다량의 물로 온도를 낮추는 것이 효과적이라는 의견도 있습니다.)
• 배선 시에는 극성을 절대로 혼동하지 마세요.
• BMS 배선도를 정확하게 따르세요.
• 셀 단자를 적정 토크로 조이세요.
• 작업 중 이상한 냄새, 연기, 발열 등이 발생하면 즉시 작업을 중단하고 안전한 장소로 대피하세요.

마무리

320Ah 인산철 배터리를 직접 만드는 것은 분명 시간과 노력이 필요한 일입니다. 하지만 성공적으로 완성했을 때 얻는 만족감과 나만의 시스템에 최적화된 강력한 파워 소스를 갖게 된다는 성취감은 그 어떤 것과도 비교할 수 없을 것입니다.

이 글이 인산철 배터리 DIY에 대한 여러분의 궁금증을 조금이나마 해소 하여 줄 수 있었기를 바랍니다. 안전 수칙을 철저히 지키며 즐거운 DIY 하시길 응원합니다! 사지말고 만드세요~