실전 배터리 DIY 가이드 (1) : 전기자전거 및 전동 킥보드 배터리 팩 구조 분석

전기자전거를 처음 구매했을 때 가장 궁금했던 것은 모터보다 배터리였습니다. "이 작은 배터리 하나가 사람을 태우고 수십 킬로미터를 달릴 수 있다고?"라는 의문이 계속 머릿속을 맴돌았습니다. 결국 호기심을 참지 못하고 수명이 다한 전기자전거 배터리 팩 하나를 구해 조심스럽게 분해하기 시작했습니다. 외부 케이스를 열자 예상과 달리 거대한 배터리 하나가 들어 있는 것이 아니라 수십 개의 18650 셀이 일정한 규칙으로 촘촘하게 연결되어 있었습니다. 그 모습을 처음 봤을 때 마치 작은 셀들이 하나의 거대한 생명체처럼 움직이는 느낌을 받았습니다. 그날 이후 저는 여러 종류의 전기자전거와 전동 킥보드 배터리 팩을 직접 분해하고 제작하면서, 배터리 팩은 단순히 셀을 많이 연결한 구조가 아니라 정교한 공학 설계의 결과물이라는 사실을 몸소 배우게 되었습니다. 배터리 DIY를 시작하는 사람 대부분은 스폿 용접 기술부터 배우려고 합니다. 하지만 실제로는 용접보다 먼저 배터리 팩 구조를 이해하는 것이 훨씬 중요합니다. 셀을 어떻게 직렬과 병렬로 연결하는지, 왜 BMS가 특정 위치에 배치되는지, 열은 어떤 방향으로 빠져나가는지를 이해하지 못하면 아무리 용접을 잘해도 안정적인 배터리 팩을 만들기 어렵습니다. 이번 글에서는 실제 작업 경험을 바탕으로 전기자전거와 전동 킥보드 배터리 팩의 기본 구조와 설계 원리를 살펴보겠습니다.

 

1. 배터리 팩을 처음 분해하며 가장 먼저 보였던 것은 셀 배열이었습니다

처음 배터리 팩을 열었을 때 가장 놀랐던 점은 셀의 개수보다 연결 방식이었습니다. 처음에는 모든 셀이 일렬로 연결되어 있을 것이라고 생각했습니다. 하지만 실제 내부는 여러 개의 셀이 병렬로 묶인 뒤 다시 직렬로 이어지는 구조였습니다. 예를 들어 36V 전기자전거 배터리라면 일반적으로 10개의 직렬 그룹(10S)이 사용됩니다. 여기에 필요한 용량에 따라 각 그룹마다 3개 또는 4개의 셀이 병렬(3P, 4P)로 연결됩니다. 예를 들어 10S4P 구조라면

• 직렬 10개
• 병렬 4개
• 총 셀 개수 40개

가 됩니다.

처음 이 구조를 이해하지 못했을 때는 셀을 하나만 교체하면 된다고 생각했습니다. 하지만 실제로는 병렬 그룹 전체의 특성이 맞지 않으면 다른 셀에도 영향을 준다는 사실을 여러 번 경험했습니다. 그래서 지금은 배터리를 분해하면 가장 먼저 셀 개수보다 직렬과 병렬 구조부터 확인하는 습관이 생겼습니다.

배터리 종류	대표 구성	총 셀 수
36V 전기자전거	10S4P	40개
48V 전동 킥보드	13S4P	52개
60V 고출력 모델	16S4P	64개

2. 좋은 배터리 팩은 셀보다 내부 설계가 먼저였습니다

배터리를 몇 번 직접 제작하면서 느낀 것은 좋은 셀만 사용한다고 좋은 배터리가 만들어지는 것은 아니라는 점이었습니다. 예전에 처음 제작했던 팩은 셀을 최대한 빽빽하게 배치했습니다. 공간 활용이 좋아질 것이라고 생각했기 때문입니다. 하지만 실제 사용해 보니 충방전을 반복할수록 내부 온도가 예상보다 높게 올라갔습니다. 이후 여러 제조사의 배터리 팩을 분해해 보니 셀 사이에 일정한 간격을 두거나 절연 브래킷을 사용하는 이유를 이해하게 되었습니다. 셀 사이의 작은 공간은

• 열이 빠져나가는 통로가 되고
• 셀 간 진동을 줄여 주며
• 절연 성능까지 확보하는 역할을 합니다.

또한 BMS 역시 아무 위치에나 설치하는 것이 아니었습니다. 대부분의 제조사는

• 방열이 잘되는 위치
• 배선 길이가 최소화되는 위치
• 유지보수가 쉬운 위치

를 고려하여 BMS를 배치합니다. 배터리 팩 하나에도 공간 설계와 열관리 기술이 그대로 녹아 있다는 사실을 직접 작업하면서 실감했습니다.

3. DIY를 시작하면서 가장 크게 바뀐 습관

예전에는 셀만 많이 넣으면 좋은 배터리가 된다고 생각했습니다. 하지만 지금은 제작 순서가 완전히 달라졌습니다. 먼저 필요한 전압과 용량을 계산한 뒤

• 직렬 구조를 결정하고
• 병렬 개수를 계산하고
• BMS 용량을 선정하며
• 배선 경로를 설계하고
• 마지막에 셀을 배치합니다.

이 과정을 충분히 계획한 뒤에야 스폿 용접을 시작합니다. 실제로 설계를 먼저 한 배터리 팩은 제작 시간도 짧았고, 배선 실수도 크게 줄었습니다. 반대로 급하게 제작했던 팩은 대부분 완성 후 다시 분해하는 일이 생겼습니다. 배터리 DIY는 용접 기술보다 설계 능력이 먼저라는 사실을 여러 번 경험하면서 지금은 종이에 배터리 구조를 먼저 그려 보는 습관이 생겼습니다. 

 

배터리 팩은 수십 개의 셀을 단순히 연결한 덩어리가 아닙니다. 각각의 셀이 하나의 팀처럼 움직이도록 설계된 작은 발전소에 가깝습니다. 저 역시 처음에는 셀과 용접기에만 관심이 있었지만, 여러 번의 제작과 실패를 반복하면서 가장 중요한 것은 구조를 이해하는 능력이라는 사실을 배웠습니다. 다음 편에서는 실제 배터리 팩 제작에서 가장 많이 사용하는 스폿 용접의 원리와 니켈 플레이트 연결 기술을 실제 작업 경험과 함께 자세히 살펴보겠습니다.

 

 

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