로보킹 VR5902KL 배터리 교체

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(본 글은 2017.04.27.에 필자의 다른 티스토리 http://avrlab.tistory.com에 적었던 것을 옮겨왔습니다.)

 

 

 

2010년에 구입한 LG 전자의 로보킹의 배터리를 교체했습니다.

 

2010년에 로봇청소기 로보킹(VR5902KL)을 구입했습니다. 당시 상당히 거금을 들여 구입했지만 초창기에 몇 번 사용해 보고 그냥 거실에 방치되어 있었습니다. 나중에 나온 모델들은 USB 포트가 있어서 펌웨어 업데이트도하고 여러가지 정보도 주고 받을 수 있는데, VR5902KL은 그런 기능 전혀 없습니다. 혹시나 싶어서 내부의 기판도 살펴 봤는데 USB 포트로 쓸 것으로 보이는 핀 자리는 없습니다. ㅠㅠ

 

2017년 4월에 들어서 갑자기 로보킹 구매 비용에 비해 너무 안썼다는 생각이 들어 몇 번 청소를 시켰습니다. 그러던 중에 몇 번은 청소를 잘하더니, 4월 초에 한 30cm 가더니 그냥 정지합니다. 충전을 시키고 다시 동작 시켜도 마찬가지입니다. 그동안 사용하지는 않았지만 리듐 이온 배터리의 수명이 다 되었을 것이라는 생각이 들었습니다.

 

배터리팩을 분리해보니 파우치형 리듐이온 폴리머 배터리 3.7V 1900maH 4개가 4S로 연결되어 있습니다. 각 파우치 별로 전압을 측정해 보니 하나는 4.2V, 나머지 것들은 4.0V ~ 3.9V. 밸런싱이 많이 어긋나 있었습니다. 밸런싱이 뒤틀어져서 그런가 싶어서, 각 파우치 별로 개별 충전을 해서 모두 4.2V로 맞추고 다시 청소를 시켰습니다. 이번에는 5분 청소하고 그자리에서 바로 정지합니다. 4개의 파우치 중에 적어도 하나 이상의 배터리가 수명이 다한 것이 분명합니다.

 

인터넷으로 배터리 가격을 알아보니 배터리팩만 무려 68,000원이고, 교체 공임도 15,000원.

볼트 두 개 풀고 배터리 교체하는 비용이 15,000원이라니...

직접 배터리를 교체하기로 마음 먹었습니다.

 

돈 안들이고 집에 있던 배터리로 해결했습니다.

배터리를 다 교체해서 며칠간 테스트하고 안정적으로 동작하여 일주일 이상 잘 사용하고 있습니다.

여기에 올릴 생각을 하지 못하고 그냥 배터리를 교체해서 사진을 제대로 찍지 못했습니다.

배터리 교체를 다 마치고 나서 정리하면서 사진을 찍어서 보충합니다.

이런 사유로 인하여 분해하기 전의 배터리 모습과 BMS의 온전한 모습을 찍어 놓은 사진은 보여 드릴 수 없게 되었습니다.

이점 양해 구합니다.

 

본격적으로 교체 과정을 살펴 보기로 합니다.

 

배터리를 교체하기 전에 로보킹 하부에 있는 주 전원 스위치를 OFF로 해야 합니다. 그리고 리듐이온 폴리머 배터리는 매우 위험하므로 충격이 가해지거나 합선이 되지 않도록 정말로 각별히 주의해야 합니다.

 

배터리 교체를 하는 과정에서의 첫 난관은 두 개의 나사를 푸는 일이었습니다.

가운데가 동그랗게 올라온 별나사 입니다.

이런 종류의 드라이버가 없습니다.

인터넷을 검색해 보니까 일자 드라이버로 풀었다는 정보가 나와서 일자 드라이버로 풀기에 도전합니다.

 

 

 

위의 드라이버로 별나사를 풉니다.

 

 

맨 처음에 순간적으로 힘을 가하여 조금 풀고 난 후에 살살 돌리니 쉽게 풀렸습니다. 처음부터 아주 단단히 조여져 있지는 않았던 듯합니다. 두 개의 나사를 풀고 나니 배터리 팩을 꺼낼 수 있습니다.

 

 

 

 

원래 배터리 팩 안에는 4S BMS 1개와 리듐이온 폴리머 전지 4개가 있었습니다. 이미 언급했지만 배터리팩 교체 작업 중에 사진을 찍지 않아서, 사후에 찍은 사진입니다.  실제로는 안에 있던 내용물의 일부인 BMS(Battery Manage System)는 이미 재활용한 상태라서 사진 속의 배터리팩 케이스 안에는 리듐이온 폴리머 전지 4개만 있습니다.

 

배터리 팩 케이스의 3개의 면에 접합한 흔적이 보입니다. 다음과 같이 커터를 이용해서 배터리팩 케이스를 두 부분으로 분리합니다.

 

 

이 때 커터 날이 깊이 들어가지 않도록 각별히 조심해야 합니다. 커터날이 내부 배터리를 훼손하는 경우 폭발 및 화재가 날 수 있으므로 각별히 주의해야 합니다. 커터로 배터리팩 케이스 3면의 접합선을 따라 0.5mm 정도 깊이로 흔적을 내는 정도로만 작업했습니다. 즉 배터리팩 케이스의 플라스틱을 완전히 관통하지 않도록 얕게 칼집만 냈습니다.

 

위 사진의 커터날을 대고 있는 부분에서 약 1cm 정도만 완전히 잘랐습니다. 그 부분에는 BMS의 커넥터가 있기 때문에 배터리 있을 수 없으므로 안심하고 절단하였습니다. 절단 후에 각각의 쪽을 두 손으로 각각 잡고, 플라스틱을 찢는다는 기분으로 여러 번 비틀어 가면서 뜯었습니다. 3면의 접합부를 이미 약간씩 파 놓아서, 어느 정도 힘을 가하니까 접합면이 떨어지면서 배터리팩 케이스가 두 쪽으로 갈라졌습니다.

 

 

이미 몇 번 언급한 바대로, 분해할 때 사진을 찍지 않아서 원래 모습을 보여 드릴 수가 없습니다. 원래는 위 사진의 빨간 색으로 네모친 부분에 BMS가 있었습니다. 배터리는 YOKU가 만든 3.7V 1900maH 4개입니다. 크기는 3850100, 두께 3.8mm, 폭 50mm, 길이 100mm입니다. 저 크기에 맞는 배터리를 검색하니 찾기가 어렵습니다.

 

과감히 배터리팩 케이스를 버리고 집에 가지고 있던 배터리를 사용하기로 하였습니다. 약 4년쯤 전에 사 놓은 YOKU 2800maH가 여러 개 있어서 이것을 사용하기로 하였습니다. 이 배터리는 크기가 526186이라 위 배터리팩 케이스를 사용할 수가 없습니다. 좀 불안한 생각이 들기는 하지만, 케이스 없이 그냥 배터리만 로봇청소기 안에 넣기로 하였습니다.

 

로봇청소기 내부에서 글루를 녹일 정도의 열이 발생하지는 않을 것이니, 양면 테이프와 글루건으로 잘 붙어 있도록 마무리하고 배터리들끼리 합선이 되지 않도록 잘 조치하면 별일 없을 것입니다.

 

BMS를 살펴보니 Battery Protection IC For 3-Serial-or 4-Serial-cell Pack인 S-8254A를 사용하고 있습니다. aliexpress에서 판매하는 저렴한 BMS들도 이 칩을 이용한 것들이 많이 보입니다. BMS 중에 배터리를 분리하면 잠기는 것들이 많은데, 이 BMS는 마이컴이 없는지라 배터리를 분리해도 아무 문제가 없을 듯합니다. S-8254A의 데이터시트를 대충 살펴봤는데, 과충전되거나 과방전된 경우에 정상 전압이 되면 입출력 잠금이 해지된다는 내용이 있어서 확신을 가지고 배터리를 모두 분리하였습니다.

 

리듐이온 폴리머 배터리는 매우 위험하므로 충격이 가해지거나 합선이 되지 않도록 각별히 주의해야 합니다.

 

배터리들을 BMS로부터 완전히 분리한 후에 새로 사용하려고 준비한 배터리들을 양면 테이프와 글루건으로 붙입니다. 배터리들과 BMS에 배선을 하고 납땜하여 연결합니다. 연결한 후에 합선이 일어나지 않도록, 납땜한 부분들과 배터리 전극들을 글루로 덮어주었습니다.

 

 

 

로보킹의 내부를 보면 배터리 팩 바로 앞에 바퀴를 돌리기 위한 모터가 있습니다. 혹시 양면 테이프와 글루로 붙여 놓은 배터리가 떨어지더라도 모터와 직접 닿지 않게 하기 위해서 배터리팩 위에 완충 장치를 두 개 붙였습니다. 저렇게 붙여 놓으면 모터의 움직임에 방해가 되지 않으면서 배터리팩과 모터를 분리시키는 소기의 목적을 달성할 수 있습니다.

 

배터리팩을 위치시키기 위해서 로보킹의 본체를 분리하였습니다.

 

 

날카로운 도구로 젖히면 케이스에 흠이 나므로 먼저 종이를 두 장 끼워 넣은 다음에 분리하였습니다. 맨 처음에는 위 사진의 종이가 있는 부분에 손톱을 넣고 살짝 들어 올린 다음에 종이를 끼웠습니다. 종이를 끼운 다음에 작은 일자 드라이버를 두 종이 사이에 넣고 바깥 쪽으로 제껴서 분리합니다.

 

 

 

 

케이스의 일부분이 분리된 모습입니다. 일단 위 사진과 같이 분리된 다음에는 케이스를 따라 살살 들어 올리면 됩니다. 다음의 사진과 같이 몇 군데에 후크가 걸려 있습니다. 

 

 

 

 

 

위 케이스를 분리한 후에 다음 사진에 빨간 색으로 표시한 위치에서 나사 6개를 풉니다.

 

 

 

 

나사 6개를 제거한 다음에는 로보킹의 뚜껑을 열고 안의 먼지통을 제거합니다. 먼지통으로 먼지를 집어 넣는 구멍으로 보면 다음 사진의 기판 부분이 보입니다. 다음의 사진에 빨간 색으로 표시한 부분에 연결된 커넥터들을 분리합니다. 커넥터 두 개를 분리한 후에 회색의 상판을 분리합니다. 이때에 센서 등이 달려 있는 검은색의 중간판은 하판과 같이 있어야 하고, 회색의 상판만 분리해야 합니다.

 

 

 

 

먼지함 통의 외부에 이미 만들어 놓은 배터리팩을 양면 테이프와 글루건으로 붙입니다. 먼지함 통의 배터리 팩이 원래 있던 면을 잘 확인하고 붙여야 합니다. 위 사진에 마루 바닥이 보이는 곳이 원래 배터리팩이 있던 곳이고, 그 위에 떠 있는 커넥터가 배터리팩과 연결되는 커넥터입니다. 커넥터 오른쪽에 보이는 하얀 플라스틱은 바퀴를 돌리는 모터와 연결되어 있습니다.

 

다음 사진은 분리된 하판 모습입니다.

 

 

 

이미 배터리 팩을 붙여 놓은 관계로 상판만 찍은 사진은 없습니다.

다음 사진들은 상판의 먼지함 통 외부에 배터리팩을 붙여 놓은 모습입니다.

 

 

 

 

 

 

기판에서 분리했던 커넥터 두 개와 배터리팩의 BMS 커넥터, 총 세 개의 커넥터를 연결한 후에 조립합니다.

조립한 후에 바닥면에 배터리가 그대로 노출되어 있어서 완충제로 막아주고 비닐테이프로 마감하였습니다.

 

 

 

배터리팩에 완충재로 붙여 놓은 것이 열에 약한 재질인 것이 약간 불안하고, 밑면에 마감한 것이 비닐테이프로 역시 열에 약하고 단단하지 못한 점도 마음에 안듭니다. 조만간 적절한 재질의 것을 찾아서 보완해야 할 듯합니다.

 

이 상태로 청소를 시키니 두 시간 이상 돌아다니며 청소하다가, 배터리가 다 되었는지 집으로 돌아와 충전을 하고 나서 다시 청소를 하는군요. 일주일 이상 매일 청소를 시켰는데 아직 아무런 이상없이 잘 작동합니다. 배터리팩도 잘 고정되어 있습니다.

 

출근할 때에 청소 예약해 놓고 돌아와 보면 청소를 아주 잘 놓았습니다. 어디서인지 먼지를 잔뜩 모아 와 있습니다. 기특한 녀석... 이렇게 유용한 녀석을 거실에 그냥 두고 왜 안 썼었는지...