【 배터리와 충전모듈#24】 18650 리튬배터리 + TP4056 충전모듈

※ 주의! : 18650과 같은 리튭배터리는 직접적인 합선(쇼트)이나  회로내에서의 합선 등에 의해 불꽃과 소폭발의 가능성이 있는 제품이므로 다루실 때 충분한 주의와 사전지식이 필요하니 주의하시기 바랍니다.

 

【 배터리와 충전】 18650 리튬배터리 + TP4056 충전모듈

 

 아두이노를 가지고 응용회로를 만들거나 프로젝트를 하다보면 전원공급을 어떻게 할 것인가에 직면하게 됩니다.  최종 완성품에 완성도를 높이려면 전원(전력)공급에 문제 없고, 비교적 장시간 사용가능하며, 교환비용이 저렴하거나 재충전이 가능한 방식을 고려하게 됩니다. 

 이런 요구 사항을 대부분 충족해줄 수 있는 것이바로 리튬이온 18650 충전지 입니다.

모양은 AA베터리와 유사한 모양이며, 사이즈는 AA 베터리 보다 조금 크지만, 전압과 전류 용량이 훨씬 큽니다.  (아연 탄소 AA: 1.5V , 400~900mAh)  (18650충전지 : 3.6~3.7V ,  1800mAh~3600mAh)

물론 염화칼륨 소재의 알카리 AA건전지는 1.5V전압에, 용량이 1700~3000mAh까지 나오는 것이 있습니다. 하지만, 가격이 비싸고 1회용으로 사용하고 버려야 하는 비용적인 큰 단점이 있습니다. 

 

 그러므로 아두이노 관련 포터블 응용회로나 RC카 등의 키트를 만들때는 재충전이 가능하면서 전압과 용량이 큰18650을 사용하는 것이 활용성 측면에서 큰 장점이 있습니다. 

그리고 여기에 TP-4056과 같은 충전모듈을 사용하면, 조금 고가(?)의 전용 충전기 비용을 아낄 수 있습니다. 

 

 따라서 오늘은 18650베터리와 충전모듈(TP4056), 그리고 충전보호회로에 대해 설명 드릴까 합니다. 

 

 먼저 한 눈에 비교가 되도록 아래 이미지를 만들었는데요, 

 보이시는 바와 같이 18650이 AA 베터리보다 조금더 크며, 높이는 7Cm가 조금 안 됩니다.

그리고 18650의 종류가 충전보호회로가 없는 것과 내부에 포함 된 것 두 가지로 나오는데요?

 충전보호회로가 없는 모델은 사용하는데는 문제없고, 재충전시, 충전보호회로가 있는 전용 충전기를 이용해야 과충전으로 인한 과열 및 발화로부터 안전합니다.

 반면, 보호회로가 내장된 18650 모델은 가격이 조금더 비싸지만 과충전에 대한 자체 보호가 됩니다. 그리고 사이즈(높이)도 약간 더 깁니다.   따라서 18650용 소켓을 구매하실 때, 구분해서 구매해야 합니다.

만약, '비충전보호회로용 18650' 소켓을 구매 했는데 '충전보호회로가 포함된 18650'을 끼워 보면, 들어가지가 않는 낭패(?)를 경험 하시게 됩니다. 

 보통 소켓은 사이즈 차이 때문에 길이차이가 나는, 1. 충전보호회로비내장18650용 소켓 ,   2. 충전보호회로내장18650용 소켓 ,   3. 둘다 장착가능한 18650용소켓 이렇게 세종류로 나뉩니다.  만약 1번 소켓에 충전보호회로가 내장된 18650을 끼우려 한다면, 너무 빡빡해서 들어가지 않습니다. 

 그리고 둘다 끼울수 있는 3번 소켓은 특수제작된 것은 아니고, 둘 다 사용할 수 있도록 사이즈를 중간 정도로 맞춘 건데요, 따라서 보호회로가 내장된 것을 끼울때는 조금 뻑뻑하고, 내장 안 된 것을 끼울 때는 살짝 헐겁습니다. 

따라서, 상황에 맞추어서 선택하되, 어떤 18650을 사용할지 확실히 정한 후, 거기에 맞추어 딱맞는 소켓을 선택하는 것이 좋습니다.  

 그리고 기본적으로 18650 소켓 종류 는  건전지 1개가 들어가는 1구 소켓,  2개가 들어가는 2구 소켓, 3구소켓, 4구 소켓.  이렇게 판매되고 있습니다.  

 

 2구 이상 소켓 마다 직렬 연결된 소켓과 병렬연결된 소켓  이렇게 두 가지로 구분되어 판매됩니다. 

직렬 병렬의 의미는 이렇습니다.  18650 베터리 각 3.7V를 직렬로 연결하면 : 3.7V + 3.7V = 7.4V로 비교적 5V이상의 전압이 필요한 곳에 사용하기 좋습니다.   반대로, 3.7V//3.7V 두개를 병렬로 연결하면, 전압은 3.7V이지만, 용량이 두 배로 늘어나게 되어 사용시간을 늘릴 수 있습니다.   따라서  상황에 맞게 적절한 소켓을 선택하시면 됩니다.  다만, 대부분의 기기가 특히 아두이노는 5V이상을 요구하기에 직렬소켓은 다양한 곳에서 많은 종류가 판매되지만, 병렬소켓은 판매하는 곳이 적습니다. 

참고하시면 좋을 것 같네요. 

 

 그리고 충전 보호 회로에 대해 설명 드리겠습니다.

18650은 충전이 가능한데, 3.7V보다 조금 더 높은 약 4.2~4.5V 정도의 전압으로 충전 시키게 되는데요, 처음엔 많은 전류를 흘려 충전시키다가 목표 전압에 다다르면 전류량을 서서히 줄여가면서 안정적으로 충전이 되도록 해야 하는데,  이런 역할을 담당해주는 충전모듈이 필요하게 됩니다. 

그 모듈이 바로 아래 TP4056 충전모듈입니다. 

 그리고 완충이 된 후에도 계속 충전을 시키게 되면 과충전이 되고 위험성이 생기게 됩니다. 

그래서 완충 후에는 과충전이 되는 걸 방지하기 위해 과충전보호(방지)회로가 딸려 있는 18650전지를 사용해야 합니다.  위 18650비교 사진에서도 보이듯이 과충전보호회로가 없는 18650보다 보호회로가 들어 있는 18650이 길이가 조금더 길죠.  물론 가격도 조금더 비쌉니다.     

 물론 그러면, 보호회로가 없는 18650은 효용성이 떨어질 수 있으나,  아래와 같은 과충전보호(방지)회로가 내장된 TP4056 모듈을 사용하면 이런 문제는 해결 됩니다. 

 따라서 과충전 보호(방지)회로가 둘 다 없는 18650+TP4056 조합만 아니라면 문제없이 사용하실 수 있습니다. 그리고 18650 하나당 TP-4056 모듈 하나씩 사용하시는게 좋습니다. 

 

 그리고 위 사진처럼 고용량의 배터리팩을 만드는 경우에는 과충전보호회로가 없는 저렴한18650배터리를 여러개 묶고, 과충전 방지회로기능과 여러개의 배터리 셀에 골고루 충전이 이루어 질 수 있도록 충전밸런스 기능이 있는 BMS라는 모듈을 추가해서 만들게 됩니다. 

BMS 모듈은 용량과 구성에 따라 여러가지가 있음

 

 그럼, TP-4056 모듈을 사용법을 아래 이미지와 함께 설명드리겠습니다.

왼쪽이 입력측이며,  보통 MicroUSB로 전압을 입력하게 되며, 5V+, - 단자를 통해서 직접 납땜해서 입력할 수도 있습니다.  입력은 4.5V~8V, 1A까지 가능합니다.    그리고 우측은 출력단으로, B+, B- 단자에 베터리를 물리게 되며(극성주의),  위아래 OUT+, - 단자를 통해 배터리의 출력을 연결하여 사용하게 됩니다. 

즉, 출력 OUT+, - 단자에 배터리 전원을 공급해야 할 곳에 연결해주면 됩니다.  그러면, 충전하지 않을 때는 배터리의 출력을 그대로 사용하게 되고, Micro 5핀 전원을 넣어 충전 할 때는 배터리에 충전도 되고 출력으로도 전원이 나와서 사용할 수 있습니다. 

 

만약, 배터리와 외부기기 사이 전원연결을 끊고 연결 하도록 전원 스위치를 달려면, 

보통 출력단자 + 단자 한 쪽에 연결하게 됩니다.   "전원 스위치 연결은 아래쪽에 있는 이미지를 참고 하세요"

 

그리고 충전중 일때는 붉은색 LED가 켜지며, 완충이 되면, 파란색 LED로 바뀝니다.    

<전원 스위치 연결법 참조 >

전원 스위치 연결법 (점선박스 참조)

 

 여기까지 건전지와 18650의 비교,  그리고 배터리 충전을 위한 TP-4056에 대해 다루었습니다.

감사합니다.