180km 주행 가능한 DIY 전동 자전거 배터리를…

환경 문제에 대처하기 위해 가솔린 차량에서 전기 자동차 전환이 진행되는 가운데 모터 힘으로 주행 가능한 전동 자전거는 더 환경친화적인 차량으로 주목받고 있다. 하지만 전동 자전거는 배터리 문제로부터 항속거리가 제한되고 있는데 세심한 충전이 필요하기 때문에 외출에는 적합하지 않다. 한 엔지니어가 이런 판매용 전동 자전거에 배터리를 자작한 것으로 교환해 항속 거리를 대폭 늘린 체험담을 공개해 눈길을 끈다.

그가 거주하는 네덜란드는 자전거 대국이며 전기 자동차보다 많은 전동 자전거가 판매되고 있다고 한다. 실제로 이 남성도 몇몇 전동 자전거를 환승하고 있어 자동차를 타는 빈도는 이전보다 절반 이하로 줄었다고 한다. 또 자동차 사고로 발에 플레이트와 나사를 박은 이 남성은 일반 자전거보다 부드러운 전동 자전거가 좋은 탈 것이라고 말한다.

하지만 전동 자전거는 자동차나 도로 자전거보다 최고 속도가 느리거나 배터리 문제로 인해 항속 거리가 짧다는 단점이 있다. 실제로 이 남성은 처음 샀던 전동 자전거로 편도 55km를 달렸는데 배터리가 멈춰 버린 경험이 있다고 한다. 이후 교체 배터리를 운방하게 됐지만 환승한 전동 자전거에서도 배터리에 불만을 느낀 이 남성은 직접 대용량 배터리를 만들어 항속 거리를 늘릴 계획을 시작했다.

이 남성은 먼저 시판용 보쉬 전동 자전거를 분석해 배터리가 어떻게 기능하고 있는지 배터리 동작을 감시, 제어하는 배터리 매니지먼트 시스템 BMS 구조를 어떻게 되어 있는지, 충전 프로세스는 어떻게 되어 있는지 등을 조사했다.

새로 만드는 대용량 배터리에 보쉬 전동 자전거 BMS를 유용하겠다고 생각했는데 보쉬 BMS에는 타사 배터리 사용을 방해하는 시스템이 있는 것 외에 기존 배터리에 셀을 추가하면 고장 위험성도 있었기 때문이다. 그는 알리익스프레스에서 구입한 외부 배터리 밸런서, 보쉬 BMS를 조합하는 시스템을 고안했다. 실제로 10개 셀을 사용하는 소형 배터리를 조립해 배터리 밸런서와 BMS가 동시에 작동하는지 확인했다.

일반 전동 자전거 배터리는 18650 리튬이온전지를 40∼50셀을 모은 것이지만 그는 셀 수를 늘려 대용량 배터리를 만들기 위해 합계 190개 삼성 셀을 600유로에 구입했다. 이후 셀을 결합한 배터리를 만들었다. 스폿 용접 기술과 문제 해결, 자체 제작 배터리로 발생할 수 있는 문제에 대한 유튜브 영상도 계속 봤다고 한다.

일부 영상에서 수십에서 수백 개가 넘는 배터리를 직렬이나 병렬로 연결하는 건 살아있는 폭탄으로 작업하는 것과 같으며 자신이 하는 일이 위험하다고 지적했지만 그는 작업을 중단하지 않고 더 신중하게 작업을 진행했다고 한다.

190개 셀로 구성한 배터리는 상당히 커지기 때문에 처음에는 자전거 뒤에 배터리를 쌓는 방식을 고안하고 있었다. 그런데 실제로 배터리 대신 벽돌을 쌓아 시승했는데 중심이 높아 조종이 어렵다는 문제를 겪었다고 한다. 그 결과 안전성을 생각해 배터리는 프레임 한가운데에 끼우기로 하고 사용하는 셀도 190개가 아니라 170개로 줄이기로 했다.

전지용 상자를 비전도성 수지판으로 만든 그는 리튬이온 전지 셀을 결합하는 위험한 작업에 들어갔다. 사전에 유튜브 영상 등으로 위험성을 이해하고 있었기 때문에 먼저 BMS나 배터리 밸런서에 유튜브 영상 등으로 위험성을 이해하고 있었기 때문에 먼저 BMS나 배터리 밸런서 배선과 치수, 셀 수 등을 꼼꼼히 검토한 것 외에 10개 셀을 1개 팩으로 결합하기 전에 합계170개 셀 용량이나 내부 저항 등을 2번씩 조사해 문제가 없는지 확인했다고 한다.

이어 팩을 용접할 때에는 집안에서 가장 큰 전력을 공급할 수 있는 오븐이 연결된 소켓에 용접기를 연결해 오븐 위에서 작업했다고 한다. 또 가능한 한 전력 공급에 지장이 나오지 않도록 인근 집이 소비하는 전기가 작은 야간에 용접을 실시했다고 한다.

작업 후 시험으로 충방전을 실시해봤는데 용량은 일반 전동 자전거보다 4배에 가까운 2150Wh에 달했다고 한다. 그는 즉시 만든 배터리를 전동 자전거에 탑재하고 2021년 11월 첫 테스트를 실시했다. 그러자 이 배터리는 집에서 65km 떨어진 도시를 왕복해도 끊어지지 않았다. 다시 말해 130km 거리를 불과 몇 시간 만에 달릴 수 있었기 때문에 이 자전거는 자동차 대체품으로 실용 가능하다고 밝히고 있다.

이후 테스트에선 풀충전 상태 항속 거리는 180km에 이르며 에코 모드에선 500km를 넘었다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.