보조배터리 SP15000

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2024년  9월 24일 만물상(https://www.manmullsang.com)에서 고장품으로 판매하는 보조배터리(SP15000)을 구매했습니다. 결론은 뽑기 운이 있었는지, 아니면 사장님께서 최상의 제품으로 골라 보내 주신 것인지 모르겠지만 고장품이 아니라 쓸만한 제품입니다.
 
구입 당시에는 15,000원이었는데 글을 쓰는 오늘 보니까 12,000원으로 가격을 내려서 책정해 놓은 상태입니다. 제품 링크를 걸어 봅니다.(https://www.manmullsang.com/shop/item.php?it_id=1725351471) 입력 및 출력 케이블이 5,000원이었는데 구입 당시 [품절] 상태이어서 보조배터리만 주문했습니다. 그런데 만물상 사장님께서 케이블까지 챙겨서 보내 주셨습니다. 이 자리를 빌어서 감사하다는 말씀을 드립니다.
 
만물상에서 SP15000 이외에도 글쓰는 현재 SP10000(https://www.manmullsang.com/shop/item.php?it_id=1725351115)은 10,000원에, SA6000(https://www.manmullsang.com/shop/item.php?it_id=1725351668)은 8,000원에 각각 판매하고 있습니다. 물론 제 경우처럼 모든 제품이 정상적 상태라는 장담은 할 수 없습니다만 1만원 정도의 가격인 점을 감안하면 시도해 볼만하지 않을까 생각합니다.
 

※ 추가 글 ※
글을 올리고 만물상 DIY/자작사진 게시판에도 간단한 글 올렸습니다. 글 올린 다음날 만물상을 다시 방문하니, 아쉽게도 SP15000은 품절, SP10000은 물품 목록에서 없어졌습니다. 추가 글을 쓰는 현재 2024년 10월13일 현재는 SA6000만 구매할 수 있습니다.


제품 사진입니다.
 

 내용물 전체 사진입니다.
 

 
배터리 부분 사진입니다.
 

 
2021년 3월 25일 생산된 배터리 팩입니다. 대충 짐작해 보니 32700  사이즈의 3.2V 6000mah lifepo4 배터리를 4S2P로 연결한 듯합니다. 배터리가 문제 된다면 32140 사이즈의 3.2V 15Ah lifepo4 배터리를 4S1P로 사용해도 될 듯합니다. 32140 4S1P 팩은 현재 있는 배터리 팩의 크기와 거의 같으니 케이스 안에 충분히 들어 갈 것 같습니다. 배터리 팩의 크기는 거의 같고 용량은 12Ah에서 15Ah로 늘릴 수 있을 듯합니다.
 
제어 기판 사진입니다.
 

 
제어 기판 중 MPU 부분 사진입니다.
 

SP15000의 MPU

 
 
주 제어를 담당하는 MPU로 F0515A를 사용했습니다. 검색해 보니까 UPD78F0115A가 정식 품번이고 RENESAS Technology Corp에서 만든 8비트 마이크로프로세서입니다.  이 MPU는 다뤄 본적이 없지만, 칩 바로 위에 있는 7핀 커넥터가 firmware를 기록하는 일종의 ISP가 아닐까 추측해봅니다.
 
그 아래에 있는 NCP81239는 USB Power Delivery 4-switch Buck Boost Controller로 검색됩니다. 배터리 전압을 필요한 적정 전압으로 변환시켜 주는 역할을 하는 것으로 보입니다.
 
뒷면 사진입니다.
 

SP15000 제어 기판 뒷면

 
아래쪽 검게 그을린 부분이 눈에 확 들어옵니다. IRLR8726인데 N-Channel MOSFET입니다. IRLR8726이 총 4개인데, 검게 그을린 아래쪽에 있는 두 개는 출력을 담당하고, 위에 있는 두 개는 입력을 담당하는 것 같습니다.

 

(수정: 위 추측은 틀렸기 때문에 수정하는 글을 추가로 작성합니다.

아래쪽에 있는 두 개의 IRLR8726은 병렬로 위에서 잠깐 언급한 NCP81239와 연결되어 있습니다. 이 MOSFET의 Gate는 NCP81239의 HSG1에,  Drain은 입력 +에, Source는 위의 F202로 적혀 있는 MOSFET의 Drain에 연결되어 있습니다. NCP81239의 매뉴얼 2쪽에 있는 Figure 1. Typical Application Circuit의 Q1에 해당합니다. 가장 위에 있는 MOSFET F204는 매뉴얼 상의 Q4, 그 아래 있는  F202는 매뉴얼 상의 Q3에 해당합니다.

NCP81239는 4-Switch Buck Boost Controller입니다. 4개의 MOSFET이 있어야 정상인데 LSG1에 해당하는 MOSFET이 없습니다. 패턴은 인쇄되어 있는데 실제 부품은 없습니다. 대신에 그 자리에 KD SK56C 다이오드가 연결되어 있습니다.

NCP81239 사용법을 연구해 봐야겠습니다.)
 
아래쪽 기판이 검게 그을린 것을 보고 과출력이나 합선에 의해 MOSFET이 소손된 것이 아닌가 의심했습니다. 열풍기로 가열해서 떼어냈습니다.
 

 
뗴어낸 두 개의 MOSFET을 브레드보드에 꼽아서 검사해 봤습니다.  Drain에 12V 전압을 걸고, Source는 1k  저항을 통해 0V에 연결한 후에 Gate에 전압을 걸었다 말았다 하면서 검사해 보니 정상 동작합니다. 500mA로 출력을 뽑아내 보니까 두 개의 MOSFET이 거의 비슷한 정도로 약간의 열이 발생합니 다. 이런 현상을 종합해 보니까 기판은 그을렸어도 부품은 정상인 듯합니다.
 
보조배터리 충전 전류가 6A이고 출력으로도 블랙 박스만 생각하고 있으므로 굳이 더 이상 MOSFET을 추가하거나 교체할 필요가 없다고 결론을 내렸습니다. 분리했던 두 개의 MOSFET을 원위치 시키고 그대로 사용하기로 합니다.

 

(이 제품은 문제가 좀 있는 듯합니다. 리튬이온 배터리는 일반적으로 1C로 충전해도 문제가 없습니다. 리튬인산철 배터리도 막연히 그럴 것이라고 생각했었습니다. 그러나 검색 결과 리튬인산철 배터리는 권장 충전 전류가 0.1C이고, 최대 0.2C를 넘지 말라는 내용이 대부분입니다. 

이 제품의 배터리는 6,000mAh를 4S2P로 연결해 사용하기 때문에 0.1C라면 1,200mA, 0.2C라면 2,400mA로 충전해야 합니다. 그런데 이 제품은 6A(6,000mA )로 충전을 하기 때문에 배터리에 무리가 갈 것 같습니다.

자동차 운행 시간이 길지 않은 경우 충전 시간이 짧은 것이 좋겠지만, 배터리에 상당한 무리가 가서는 안될 것 같습니다. 충전 시간이 길어지는 것을 감수하더라도, 전류를 줄일 수 있는 방안을 찾아 봐야 할 것 같습니다.)

행여나 열이 발생하면 Rds(on)도 더 작고 허용 전류도 더 큰 IRLR8743으로 교체할까 생각합니다. IRLR8743 알리익스프레스에서 검색해 보니까 하나에 $0.9 정도합니다.
 

	Rds(on) MAX	Vds	Id	Pd
IRLR8726	5.8m Ω	30V	86A	75W
IRLR8743	3.1m Ω	30V	160A	135W

 
교체한다면 6개를 구매해서 4개의 IRLR8726을 모두 교체하고, 위 기판 상단에 두 개의 MOSFET을 더 장착할 수 있게 회로가 구성되어 있으니 추기해 볼까 생각합니다. 추가하려는 두 MOSFET의 Drain, Source, Gate가  모두 기존의 MOSFET가 직결되어 있어서 더 이상 추가할 부품이나 MPU 코딩은 없습니다.
 

SP15000 충전 중

 
6A로 충전 중 입력선에 약간의 미열이 발생합니다. 좀 더 굵은 전선을 사용해야할 듯합니다.
 
집에서 충전을 하니 약 4분 40초 정도 충전하고 전압, 전류 표시기가 꺼지면서 정지 상태가 됩니다. 이 때에 살짝만 건드려도 내부의 빨간색 LED가 켜지면서 보조배터리가 깨어나서 충전을 시작합니다. 내부에 충격 감지 센서나 자이로스코프 같은 장치가 설치되어 있는 듯합니다. 차에 설치하면 차의 진동 때문에 운행 중에는 계속 충전할 듯합니다.
 
제네시스 BH 조수석 발쪽에 임시로 달고 운행해서 충전해봤습니다.
 

제네시스 BH에 설치한 모습

제네시스 BH에서 충전 중인 상태

 
한 시간 좀 넘게 운행했더니 입력 전류가 0.00이 된 것으로 보아 만충전된 것 같습니다.
 
만충전한 후로 출력에는 아무 것도 달지 않고 약 1일 정도 지난 후에 사용 전류를  블랙 박스와 비슷하게 300mA로 설정하고 배터리 용량을 측정해 봤습니다. 방전 종료 전압은 각 셀당 2.5V로 계산해서 10.0V로 설정했습니다.
 

SP15000 배터리 용량 측정 시작

SP15000 배터리 용량 측정 종료

 
위 사진에서 보듯이 약 34시간 30분 정도 경과한 후에 130wh, 10352mAh의 용량으로 측정되었습니다. SP15000 배터리의 용량은 12000mAh입니다. 신품대비 약 86%인 것으로 예상합니다. 셀 밸런싱도 맞추지 않은 상태에서 배터리 용량이 신품 대비 80% 이상이면 양호한 것으로 생각합니다. 
 
다시 만충전한 후에 셀 별로 전압을 측정해 봅니다. 시간이 없어서 만충전하자마자 바로 측정했습니다.
 

 
전압이 가장 높은 셀과 가장 낮은 셀의 차이가 0.09V 정도 차이가 납니다. 셀 밸런싱을 맞출 필요가 있습니다.
 
셀 밸런싱을 맞추려고 시도하다가 Battery Balancer가 말썽을 부립니다.(https://mcus.tistory.com/104). 배터리 밸런서를 수리한 후에 3.3V에 맞추어 놓고, 밸런싱을 다시 시작했습니다.
 

Cell Balance 맞추는 중

 
아직 밸런싱이 진행되고 있습니다. 밸런스를 맞춘 후에 만충전해서 배터리 용량을 다시 체크해 볼 예정입니다.
 

2024.10.11.