실전 배터리 DIY 가이드 (2) : 스팟 용접의 원리와 니켈 플레이트 연결 기술

전기자전거 배터리 팩을 처음 만들던 시절, 스폿 용접기를 손에 넣었다는 설렘보다 "과연 셀을 망치지 않고 제대로 붙일 수 있을까?"라는 걱정이 더 컸습니다. 처음에는 니켈 플레이트를 단단하게 붙이고 싶다는 욕심에 출력 시간을 높였습니다. 결과는 참담했습니다. 용접 자국은 보기 좋게 찍혔지만 셀 표면은 뜨겁게 달아올랐고, 몇몇 셀은 내부 저항이 눈에 띄게 증가했습니다. 반대로 출력을 너무 낮추면 손으로 살짝만 당겨도 니켈이 떨어졌습니다. 그때부터 저는 '강한 용접이 좋은 용접이 아니다'라는 사실을 몸으로 배우기 시작했습니다. 수십 번의 테스트 끝에 깨달은 것은 스폿 용접의 핵심은 힘이 아니라 열을 얼마나 짧고 정확하게 제어하느냐였습니다. 배터리 DIY를 시작하면 대부분 셀 선택보다 스팟 용접에 더 큰 관심을 갖습니다. 하지만 실제 작업에서는 용접기의 가격보다 원리를 이해하는 것이 훨씬 중요합니다. 같은 장비를 사용해도 설정과 작업 방법에 따라 배터리의 안전성과 수명이 크게 달라지기 때문입니다. 이번 글에서는 제가 직접 배터리 팩을 제작하며 경험했던 시행착오와 함께 스폿 용접의 원리, 니켈 플레이트 선택, 그리고 안정적인 용접 방법을 정리해 보겠습니다.

스팟 용접은 '녹여 붙이는 기술'이 아니라 순간적으로 접합하는 기술입니다

처음에는 스폿 용접도 일반 용접처럼 금속을 녹여 붙이는 방식이라고 생각했습니다. 하지만 실제 원리는 조금 다릅니다. 스폿 용접은 두 개의 전극 사이에 매우 큰 전류를 수 밀리초(ms) 동안만 흘려 접촉면에서 순간적으로 저항열을 발생시키는 방식입니다. 발생한 열은 니켈 플레이트와 셀 캡의 접촉면에만 집중됩니다. 그래서 셀 내부까지 열이 전달되기 전에 용접이 끝나게 됩니다. 바로 이 점이 납땜과 가장 큰 차이입니다. 예전에 납땜으로 셀을 연결해 본 적이 있습니다. 납이 녹을 때까지 인두기를 오래 대고 있어야 했고, 셀 전체가 뜨거워졌습니다. 작업이 끝난 뒤 측정해 보니 일부 셀은 내부 저항이 증가했고 충방전 특성도 달라졌습니다. 그 이후부터는 특별한 경우가 아니라면 셀 연결은 반드시 스폿 용접만 사용하고 있습니다.

구분	스팟 용접	납땜
열 전달	매우 적음	셀 전체로 전달
작업 시간	수 ms	수 초
셀 손상 위험	낮음	높음

 

니켈 플레이트는 두께보다 재질이 더 중요했습니다

DIY를 시작하면 가장 흔하게 하는 실수가 니켈 플레이트를 아무거나 사용하는 것입니다. 저 역시 처음에는 인터넷에서 저렴한 니켈 플레이트를 구매했습니다. 용접은 잘 되는 것처럼 보였습니다. 하지만 고출력 주행을 반복할수록 연결 부위가 뜨거워졌고 전압 강하도 커졌습니다. 나중에 확인해 보니 순수 니켈이 아니라 니켈 도금 강판이었습니다. 외형은 거의 같지만 전기적 특성은 전혀 달랐습니다. 그 이후부터는 반드시 자석으로 확인하는 습관이 생겼습니다. 순수 니켈은 자석에 거의 붙지 않지만 니켈 도금 강판은 강하게 붙습니다. 또한 필요한 전류에 따라 두께도 달라집니다.

• 0.10mm : 소형 전자기기
• 0.15mm : 전기자전거
• 0.20mm 이상 : 고출력 킥보드 및 대전류 팩

무조건 두꺼운 니켈이 좋은 것은 아닙니다. 두꺼워질수록 용접 난이도도 함께 올라가기 때문입니다. 실제로 저는 출력만 높이다가 셀 캡이 눌리거나 용접 자국이 과하게 파인 경험도 여러 번 있었습니다.

 

좋은 용접은 자국보다 인장력이 먼저입니다

DIY 초창기에는 용접 자국이 크고 진할수록 잘 붙었다고 생각했습니다. 하지만 경험이 쌓일수록 가장 먼저 확인하는 것은 자국이 아니라 인장 테스트였습니다. 용접 후 니켈 플레이트를 플라이어로 천천히 잡아당겨 보면 결과가 바로 나타납니다. 좋은 용접은 니켈이 찢어질 정도로 강하게 붙습니다. 반대로 쉽게 떨어진다면 전류가 부족했거나 전극 압력이 일정하지 않았던 것입니다. 또 하나 중요했던 것은 전극 관리였습니다. 작업을 오래 하면 전극 끝이 조금씩 마모됩니다. 예전에는 그 상태로 계속 작업했는데 어느 순간 용접 품질이 들쭉날쭉해졌습니다. 원인을 찾다 보니 전극 끝이 둥글게 마모되면서 접촉 면적이 넓어졌고, 열이 분산되어 용접 품질이 떨어지고 있었습니다. 지금은 일정 수량 이상 작업하면 전극 끝을 항상 정리한 뒤 다시 작업을 이어갑니다. 이 작은 습관 하나만으로도 용접 품질이 훨씬 안정적으로 유지되었습니다.

 

스폿 용접은 단순히 니켈을 붙이는 작업이 아니라 수십 개의 셀을 하나의 안전한 배터리 팩으로 만드는 첫 번째 공정입니다. 저 역시 처음에는 출력만 높이면 해결될 것이라 생각했지만, 여러 번의 실패를 통해 좋은 용접은 전류, 시간, 압력, 재질이 모두 균형을 이룰 때 만들어진다는 사실을 배웠습니다. 지금도 새로운 배터리 팩을 제작할 때마다 가장 먼저 테스트 셀에서 용접 강도를 확인하는 이유도 바로 여기에 있습니다. 다음 편에서는 배터리 DIY에서 가장 많은 사고가 발생하는 BMS 배선 연결과 오결선 방지 방법을 실제 경험을 바탕으로 자세히 살펴보겠습니다.

 

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