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생활 / 가젯 / 테크 : 가전 제품, 멀티미디어, 각종 IT 기기와 여기에 관련된 기술의 이야기, 소식, 테스트, 정보를 올리는 게시판입니다. 2016년 7월 이전의 글은 다음 링크를 참조하세요. 구 디지털 뉴스 / 구 하드웨어 포럼 / 구 모바일 포럼 / 구 뉴스 리포트 / 구 특집과 정보 / 구 스페셜 게시판 바로가기

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얼마전에 집에서 마스크 소독용으로 사용할 자외선 LED 소독함을 만들면서 여러가지 집에 쌓여있던 모듈들을 활용하게 되었습니다.

 

그런데 이 모듈에서 심각한 문제점을 하나 발견했어요.

 

스크린샷(1271).png

 

이 모듈인데요, 이 모듈을 사용한 리튬이온배터리의 충전속도가 어마무시하게 느리다는겁니다.

 

 

제가 사용한 모듈은 5V 1A라고 명시되어 있는 제품인데, 아무리 5W라고 하더라도 3.7V 2600mAh짜리 18650 셀 하나를 3.7V 상태에서 완충까지 충전시키는데 거의 5시간이 넘게 걸렸습니다.

 

그냥 스마트폰 충전같은걸 생각했다가 엄청 오래걸려서 놀랐죠.

 

휴대폰 배터리 용량이 왠만한 18650 리튬배터리 셀 하나의 용량보다 작긴 하지만, 시간이 오래걸려도 너무 오래걸리지 않은가 하는 생각이 들었습니다.

 

그와 동시에 든 생각이, 최근 급속충전 기술이 탑재된 배터리들은 총 용량이 76.96Wh(공칭전압 3.7V)짜리인 어마무시한 양의 배터리도 USB PD 등을 이용해서 빠르게 충전하죠.

 

제가 가진 보조배터리는 USB-PD를 통해 20V를 땡겨서 사용하는 무식한(...)놈이었습니다.

 

이놈이 얼마전에 잘 사용하다가 파손되어 내부를 볼 기회가 생겼었는데요

 

20200319_201519548_iOS.jpg

 

보시는것처럼 사진 상단부에 4s 리튬배터리 충전회로가 있는것을 확인할 수 있었습니다.

 

2개를 묶어 병렬로 용량을 늘리고, 총 4묶음을 직렬로 연결해 충전하는것으로 보였습니다.

 

예전에 나오던 5V로밖에 충전하지 못하는 샤오미제 싸구려 보조배터리들처럼 3.7V를 병렬로 연결하고 5V로 부스트해서 사용하는것과는 판이하게 다르죠.

 

이 전압원을 PD나 QC 프로토콜에 물려서 강압 혹은 승압하여 사용하는것으로 보이는데요

 

 

본론입니다.

 

3.7V to 4.2V로 충전해주는 충전모듈들은 전류량의 제한값도 매우 낮고 속도도 느린데, 2s, 3s 밸런서 모듈들은 저렴한것들이라도 동작전류를 5A씩 잡아먹더라구요

 

반면, 3.7V를 병렬로 충전할 수 있는 모듈들은 아무리 찾아봐도 동작전류 2A 이상의 제품은 찾기 힘들었습니다.

 

이와같이 직렬연결된 배터리를 전용 모듈로 충전하는것은 여러 셀을 모두 병렬로 연결하여 충전하는것보다 손실이나 충전속도 등에서 이득인가요?

 

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다 ( _  _ )



  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.20 06:15
    해당 도터보드는 20mOhm 션트부터 Pack Pos B+ 같은 보드 실크등을 보아하니
    BMS인거 같아보이네요

    ~~저같은 사악한 엔지니어는 보드 실크를 거의 안쓰는 식으로 사악하게 가버리지만요 (음?)~~

    여튼 보통 저런 보조배터리는 EC가 먼저 USB 충전 프로토콜 네고를 시도하고 전원을 뽑아오면 PMIC가 EC 제어하에 세팅된 전력으로 충전을 시도하는 그런 방식으로 알고 있어요
    PMIC가 벅 다운 벅 부스트 다 되는 칩들은 요즘은 흔한걸로 알고 있습니다

    셀 발란싱 보드에서 5A 잡아먹는다는건 최대 허용이 그 전류라는거 같은데 자세한건 해당 데이터 시트를 봐야 알거 같습니다

    Li 제품군 1 Cell에 5A 충전IC는 BQ25895 같은 I2C 로 제어되는 제품이 흔하게 있습니다 EVM 도 있으니 설계하실때 도움 되실거 같아요 다만 TI의 샘플요청은 개인이 개발용이 아닌 실 소비용으로 주문하는 경우가 많아서 기업이 아닌경우라면 거부당하는 경우가 많은걸로 알고 있어요

    그리고 직렬 연결해서 사용하는것은 고전압으로 출력을 뽑을때나 고전력으로 뽑을때 벅 부스트 출력 효율 문제로 많이 사용하곤 합니다

    시스템 메인전원 공급용이라면 대전력 소싱때 PCB 패턴이 대전류를 안다루고 좀더 높은 전압을 받아주기만 하면되니 안정적으로 공급 가능한 면이 있을거 같습니다

    마지막으로 급속충전 같은경우에는 원하는 입력전원과 셀 구성에 맞는 충전PMIC와 전원 출력용 PMIC 그리고 이걸 다 제어하고 QC 와 PD 네고를 시도해줄 EC 가 필요한데
    DCP1.5A 같은 경우라면 5V 먹는 단순한 충전IC가 쓰일 수 있겠지만 최대 전력이 이경우라면 5V 2.4A =12W가 최대겠군요

    PMIC들고 설계하고 만드는건 하루이틀론 힘들겠지만
    돈의 힘이라면 가능하더군요... 건강은 개발살 나버렸지만(긁적)
  • ?
    노예MS호 2020.03.20 20:29
    이 무슨 전공서적 뺨치는 지식의 보고란 말입니까... 시간들여서 차근차근 읽고 검색하며 공부해봐야겠지만

    핵심은 직렬 고전압 배치 후 강압을 때리면 전력면에서 이득을 많이 볼 수 있으며, 충전시에도 같은 전류로 더 고전력을 충전할 수 있다 이정도일까요...
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.20 22:13
    충전시에 입력전원이 낮은경우엔 손해겠지만
    고전압으로 올라가면 올라갈수록 내압만 견뎌주면 대전력을 다루기엔 더 편할거에요 P=IV 이고 도선의 임피던스는 도선의 단면적에 비례하고 온도에 반비례 하니까요
  • ?
    노예MS호 2020.03.20 22:47
    아 승강압시에 손실은 어쩔수없이 발생하겠지만 고전력을 다루기에 편하다 이게 핵심이겠군요

    5V 1A로 세월아 네월아 충전하는것보단 15V로 4셀 직렬을 동시에 충전해주면 강압시에 전력이 보존되어 사용가능한 Ah가 3배 늘어나는 식으로요

    그럼 저 보조배터리가 PD를 통해 20V를 땡겨쓰는것도 일단 사용 가능한 최대전압인 20V를 끌어온다음 4s BMS에서 요구하는 전압인 16.8V대로 강압시켜 전류량을 올려 빠르게 충전을 한 뒤, 강압회로를 통해 휴대폰 등을 충전할 때 다시한번 전력상의 이득을 볼 수 있는 구조라고 이해하면 될까요?

    반대로 이렇게 4셀 직렬구조로 된 배터리를 일반적인 USB-A to C 케이블을 사용해 충전할 경우, 5V 2.4 총 12W의 전력으로 충전할때는 승압에서 손실도 발생할테고, 전압을 올리면서 전류량이 줄어들테니 이때 흐르는 전류는 0.7A(손실을 감안하면 더 줄어들겠고요)정도만이 흘러들어가는식으로 동작하구요
  • profile
    미쿠미쿠 2020.03.21 15:32
    "강압회로를 통해 휴대폰 등을 충전할 때 다시한번 전력상의 이득을 볼 수 있는 구조라고 이해하면 될까요?"
    전력면에서는 손해를 봅니다. 강압 손실이 발생하기 때문입니다.
    강압,승압 두 과정 모두 입출력간의 전압차가 날 수록 손실은 커집니다.
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.21 21:09
    그래도 승압보다 강압쪽이 손실은 적으니 눈꼽만큼이라도 괜찮긴 할거 같아요
  • ?
    노예MS호 2020.03.21 22:51
    아 그냥 전력상의 이득이 아니라 "충전시간 대비 전력상의 이득"이라고 해야 제 의도에 더 맞는 표현이 되겠네요

    같은 시간동안 충전했다 해도 고전압으로 충전시 약간의 손실을 감안해도 강압을 통해 충전시간 대비 더 많은 사용 가능 전력을 확보할 수 있다... 이러면 될까요?
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 00:20
    네 그렇습니다 고전압으로 올리는만큼 다뤄야 하는 전류가 작아져서 더 많은 전력을 확보할 수 있는게 맞아요
  • ?
    노예MS호 2020.03.22 07:40
    그런데 보조배터리의 경우에는 이와같이 처음부터 배터리들을 직렬연결해서 고전압을 확보하면 된다지만 휴대폰에 탑재되는 배터리들은 전부 완충기준 전압이 4.2V 나오는 리튬배터리 단일 셀을 사용하잖아요?

    이런 애들도 9V 2A로 급속충전을 한다 치면 총 18W이고, 배터리 완충전압을 기준으로 걸어줘서 충전한다 치면 손실을 고려하지 않을 때 대략 4.3A가 나오는데...
    제가 배우기로 여전히 자동차 시동모터같은데에서 납축전지가 사용되는 이유가 출력전류가 크기때문이라고 배웠습니다. 리튬배터리같은 고체배터리는 순간 방전전류와 충전전류값이 낮아서 빠르게 충전한답시고 고전류를 밀어넣으면 폭발할 수 있거나 해서 위험하다구요

    그럼에도 급속충전이 가능한건 충전되는 기기 내부에서 알아서 잘 조율해서겠지만...
    기본적으로는 이런식으로 고전압을 통해 최대한 손실없이 케이블을 통해 전력을 전달받아 강압하여 고전류를 밀어넣어 빠르게 충전을 시키는거겠지요?
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 10:17
    리튬 배터리도 고방전이 가능한 배터리는 15~20C로 방전가능해서(여기서 C 는 쿨룽이 아닌 배터리 용량을 뜻합니다)
    굉장히 높은 출력으로 방전 가능합니다
    다만 아직도 납산전지를 사용하는 이유는

    1. 저렴하고
    2. 시동걸고나면 진짜 거의 쓸데없어지고
    3. 파손시에도 황산 빼면 안정적

    이 있을거 같아요

    실제로 시동걸때는 12V 400~800A 정도 사용하게 되는데 디젤 차량은 90A 100A 짜리 고출력 납산전지를 사용합니다
    이는 8배에서 10배 정도로 방전하는건데 리튬은 여기서 전압강하가 적게 잘 버텨요
    특히 NMC나 NCA가 아닌 LTO(Li나 LFP(LiFePO4)는 더더욱 이 특성에 적합한 배터리입니다만은

    동용량에서 가격이 매우 비싸지고
    LTO 가 아닌이상 셀 파손시 노트7 꼴 안볼 법 없고
    특히나 LTO는 고율방전 고속충전에도 제 용량의 80% 보장해주는게 수만 사이클로 높지만
    가격도 높고 리튬치고 부피도 커서 아직은 ESS나 군용 차량 같은데만 들어가는 현실이네요

    그리고

    > 이런식으로 고전압을 통해 최대한 손실없이 케이블을 통해 전력을 전달받아 강압하여 고전류를 밀어넣어 빠르게 충전을 시키는거겠지요?

    네 맞아요 잘 맞추셨어요
    USB Micro B 는 2~2.4A
    USB C 는 5A 로 커넥터에 흘릴 수 있는 최대 전류가 제한되어 있습니다
    여기서 전력을 더 끌어가려면 고전압이 필수고
    커넥터 자체의 임피던스를 고려하면 저전력을 소모할때도 고전압으로 던져주는게 가장 좋습니다
    벅 컨버팅 효율도 90~95%정도로 만만치 않지만 도선 자체 로스가 생각보다 커서 가능한 선에서 최대 전압으로 네고해서 끌어가는게 일상적인걸로 알고 있어요
  • ?
    노예MS호 2020.03.22 10:26
    그럼 실례지만 한가지 더 질문을 던져도 될까요?

    제가 알기로 퀄컴 퀵차지같은 경우에는 USB 단자 핀 4개로 충분히 제어가 된다고 알아요. VCC와 GND단 사이에 걸리는 전압을 컨트롤하기 위해 데이터 +, - 단자에 특정한 전압을 걸어 신호를 주면 이걸 전원측에서 받아서 9V나 12V 등의 정해진 전압을 뱉는 식으로요.
    게 궁금해서 본문의 배터리의 QC단자 데이터선에 멀티미터 찔러넣고 알리산 QC 디코이(9V 호출)과 삼성 갤럭시 S8을 각각 꽂아봤는데, 디코이는 퀄컴 퀵차지, 갤럭시S8은 삼성 자체 어댑티브 퀵차지를 사용해서 그런지 감지되는 전압이 다르더라구요. 어찌됐든 이렇게 데이터선에 전압을 걸어 신호를 준다는걸 확인을 할 수 있었어요.

    급속충전 전반은 이런식으로 데이터선에 전압을 걸어 신호로 VCC의 출력 전압을 정하는게 맞나요?

    그리고 곁다리로, USB C를 통한 전력전달의 경우에는 아예 데이터선 몇가닥까지 사용해서 5A나 되는 막대한 전류를 흘리는데 사용한다고 하는데 이에 대한 내용을 찾아봐도 잘 찾을수가 없어서 혹시 이 내용이 잘 정리된 기사같은걸 아신다면 알려주시면 감사드리겠습니다 ( _ _ )
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 10:50
    QC와 AFC랑 네고방식이 다르지만
    D+ D- 에 특정 전압으로 스위칭 하면서 네고하는 방식은 같습니다

    Apple 방식은 미리 규정된 표대로 걸어주거나
    USB 네고시에이션 에서 추가 전력을 더 협상하는 식으로
    데이터를 주고 받습니다

    USB C 에서는 QC나 AFC 를 사용하는거 자체가 이미 비표준입니다
    USB C에서는 CC 를 이용한 PD 네고시에이션 방식이 되어야 하며
    1선이나 2선을 이용한 네트워크에 가깝습니다
    근데 PD 네고 규정만 600페이지에 달하는
    정말 거대한 크툴루라
    제대로 구현한 회사가 애플말고 별로 없는걸로 알고 있어요
    특히나 전압 올려주는 타이밍이 정말 중요한데 오죽하면 충전기도 이걸 안지켜서 테스트 해주는 테스터기도 나올정도니까요
    실제로 잘못 맞춰 올려주면 싱크 기기가 준비 안되어있는데 고전압 넣어주는 셈이라 정말 화끈하게 불타오르는 광경을 볼 수 있어요
    (대강 Electroboom 펑 짤)
  • ?
    노예MS호 2020.03.22 23:37
    오오... 감사합니다 진짜 알기쉽게 잘 설명해주셨네요 꾸벅 (_ _)
  • ?
    디렉터즈컷 2020.03.22 08:46
    전공자 업계인이신가 봐요. 저도 옆에서 곁다리로 배우고 갑니다.
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 10:18
    철야 한번하면 주글거 같아요
  • ?
    디렉터즈컷 2020.03.22 10:21
    (깨어나세요 용사여 짤)

    사무행정쪽인 저희도 뭐 마찬가지 ㅠㅠ 저녁이 있는 삶 ㅠㅠ
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 10:52
    한달 철야는 사람이 할짓이 안되는거 같아요 하루 3시간 자고 21시간 일하고 그랬더니 뒤질랜드... ㅠㅠ
    지금은 밤이 있는 삶이지만 다 타버렸네요
  • ?
    디렉터즈컷 2020.03.22 11:17
    제품개발 쪽이신가 봅니다. 진짜 몸버리고.. 그보다도 시간이 없어서 뭐 연애결혼 이런것도 힘들더라고요? 돈쓸시간 없어서 돈이 쌓이고 남들 주식하다 날렸네 뭐했네 할 때도 남이야기에요.. 공돌이 갈아넣는다 그게 참 실제로 겪어보면 더 이상 개그코드가 안되더라고요.. 비타민이랑 물이라도 챙겨 드세요....
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 11:35
    연애는 생각외로 되긴 해요
    돈... 은 호구당해서 생각보다 안벌리긴 하는데 그래도 페이가 다른거에 비해 크긴 하죠
    요리사나 엔지니어나 연구원이나 의사나 다 잘 갈려나가는 업종 같아요

    마션에 나오는 일정 당기고 철야하고 그러고 하는 장면이 현실로 오면 아무 생각이 없어집니다 그냥 일 떨쳐내고 도망가고 싶어져요
  • ?
    노예MS호 2020.03.22 10:03
    그런데 유우나님, 보드실크라는게 그 PCB 기판상에 뭘 납땜해야 하는지 그려놓는 하얀색 표시 기호 맞죠? 그게 맞다면... 공장 직원들이 죽어나가는...아앗... 사악...
  • profile
    title: 랩실요정유우나      霊夢 랑 619일; 대표님 제발 퇴근하게 해주세요 흐규규 2020.03.22 10:20
    네 그런거 맞습니다
    다만 요즘은 수납땜 하기엔 속도가 안나와서 기계가 SMT 다 해주는 시대입니다
    최근 설계한거 수삽해보니 꼬박 반나절 소모해야 한개 나오는(...) 꼴이네요
    부품도 먼지만해서 사람에게 친절한것보다 그냥 기계에게 친절한게 편하구요
  • ?
    노예MS호 2020.03.22 10:26
    중국 공장들 보면 여전히 사람들이 손납땜 많이 하던데... 호덜덜...
  • profile
    미쿠미쿠 2020.03.20 07:38
    전압은 해당 IC의 내압만 높다면 얼마든지 계속 높일 수 있습니다.
    하지만 전류는 칩의 패키징이나 기판내 선로폭과 기판의 사이즈 등에 제한받습니다.

    알리에서 판매하는 저 모듈은 리니어방식 충전 IC라서 발열 때문에 제약받는면도 있습니다.
    밑의 보조 배터리처럼 스위칭방식 충전 IC로 직렬 충전을 위한 벅-부스트 토폴로지로 충전 하는 경우
    발열도 상대적으로 낮을 뿐더러 똑같이 1A 로 충전하더라도 20V 입력을 받으면 4배 속도로 충전이 되죠.

    5V로 1A 이상 충전이 필요한 프로젝트에 저는 LTC4001을 사용합니다.
  • ?
    노예MS호 2020.03.20 20:22
    참고하겠습니다 좋은말씀 감사드려요 꾸벅


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    화웨이 X 젠틀 몬스터 아이웨어의 분해 입니다. 젠틀 몬스터와 협업해서 만든 스마트 글래스입니다. 스마트라고 해봤자 간단한 통화 기능 정도만 달린 듯 합니다만. 뒷면에는 제품 정보. 제품명 HUAWEI X GENTLE MONSTER EYEWEAR. 케이스...
    Date2020.03.21 분석 By낄낄 Reply4 Views1071 file
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  13. 샌디스크 맥스 인듀런스 마이크로 SD 메모리카드

    샌디스크 맥스 인듀런스 마이크로 SD 메모리카드입니다. 이름대로 내구성이 높아, 장시간 연속 녹화 장비에 알맞다고 합니다. V30, UHS U3, SD 클래스 10, 최대 읽기 100MB/s, 최대 쓰기 40MB/s, 용량 32/64/128/256GB, 256GB 모델은 12...
    Date2020.03.20 소식 By낄낄 Reply4 Views699 file
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  14. NFC로 전원을 공급받는 전자잉크 디스플레이

    Waveshare에서 개발한 전자잉크 디스플레이입니다. 배터리나 유선 전원을 연결할 필요가 없다는 게 특징입니다. 전자잉크 디스플레이는 화면을 유지할 때는 전력이 필요하지 않습니다. 화면에 표시된 내용을 바꿀 때 전력을 사용하는데, ...
    Date2020.03.20 소식 By낄낄 Reply7 Views809 file
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  15. 급속충전의 원리에 대해 자세히 설명해주실 수 있을까요?

        얼마전에 집에서 마스크 소독용으로 사용할 자외선 LED 소독함을 만들면서 여러가지 집에 쌓여있던 모듈들을 활용하게 되었습니다.   그런데 이 모듈에서 심각한 문제점을 하나 발견했어요.     이 모듈인데요, 이 모듈을 사용한 리튬...
    Date2020.03.20 질문 By노예MS호 Reply24 Views1822 file
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