47. 장난감 구동을 위한 충전 배터리와 충전기 만들기

지난 이야기에서는 장난감 및 사물인터넷 기기를 제작할 때 필요한 파워서플라이를 소개했고, 직접 만든 파워서플라이들도 소개했었다. 작업대 위에서는 이렇게 다양한 전원 공급 장치를 이용할 수 있지만, 독립된 형태로 동작하는 장난감은 항시 전원을 연결해 두기가 어렵다. 따라서 이때 필요한 것이 배터리이다.

쉽게 구매하여 사용할 수 있는 소형 건전지들을 이용하여 장난감을 구동시키는 것도 가능하지만, 비용이나 전원 용량 등을 고려하면 충전 배터리를 사용하는 것이 맞다.

가장 일반적으로 사용되는 충전 배터리는 18650이라고 하는 배터리이다. 직경이 18mm이고 길이가 65mm여서 18650이라고 불린다고 한다. 길이는 내부에 과충전 방지회로 등이 탑재될 경우 이보다 조금 길어질 수 있다. 경우에 따라서는 이렇게 긴 18650 배터리가 배터리 홀더에 맞지 않는 경우도 있다.

18650 배터리는 3.7V 정격 전압을 가진 리튬이온 배터리 형태로 출시된다. 용량은 상품에 따라 다르지만 판매 사이트를 살펴보면 대개 2000~5000 mWh 정도이고, 믿을 수는 없지만 10000 mWh가 넘어가는 배터리도 중국 사이트에서는 아주 저렴한 가격에 판매되고 있다.

만일 3.7V를 그냥 사용할 수 있는 휴대용 선풍기와 같은 경우에 이 배터리를 사용한다면, 아래의 도면처럼 직접 모터에 배터리를 연결하고 충전이 가능한 보드(tp4065)를 연결하여 회로를 꾸밀 수 있다.

그런데 아두이노에 공급되는 전기는 USB 케이블을 통할 경우 5V가 필요하고, Vin이나 배터리 어댑터를 이용할 경우에도 5V 이상의 전압을 요구하게 되므로 한 개의 18650 배터리를 사용할 경우에는 승압을 위한 회로가 필요하다. 

그래서 이러한 충전 배터리를 이용하여 충전 전원 시스템을 만드는 방법을 공부해 보도록 하자.

위의 사진은 18650 배터리를 가지고 여러 가지 충전 전지 장치를 만든 화면이다.

우측 상단에 잇는 배터리는 tp4056 충전 보드와 3.7V 배터리에서 USB로 5V 전원을 뽑아주는 장치를 배선이 보이게 만든 장치이다.

조금 크게 확대하여 보면 아래의 그림과 같은데, 위의 보드는 외부로 전기를 내보내는 보드이고, 아래의 보드는 충전기에서 전지의 충전을 위한 전기를 받는 보드이다.

좌측의 장치는 1개의 보드에 충전과 전원 공급의 두 가지 기능을 모두 가진 보드를 이용한 충전지인데, 이 장치에 이용된 보드 만을 그 옆에 함께 두었다.

처음 소개한 전원 보드는 공급 전류가 5V, 1A이고 아래 보드는 5V, 2A이다. 동시에 많은 전기를 사용하지 않는 장치에서는 위에 소개한 장치를 사용하고 아래의 장치는 모터와 같은 장치의 구동이 많은 경우에 사용하여도 좋다. 배선 역시 간단하여 보드의 회로 위에 B+라고 쓰인 부분을 배터리의 +와 연결하고 배터리의 -와 B-를 연결하면 모든 제작이 끝난다. 외부를 어떻게 만들 것인가는 하드보드나 3D 프린터 등 스스로 제작 가능한 재료를 사용하면 된다.

위에 소개한 보드 이외에도 충전과 활용에 사용되는 다양한 부품들이 아두이노 메이커들을 위해 출시되고 있으니 확인해 보고 구매 또는 제작을 해보기 바란다.