- Glubux는 기존 태양광·납축전지 시스템에 노트북 배터리에서 회수한 18650 셀 리튬 팩을 붙여 DIY Powerwall을 구축함
- 출발점은 1.4kW 태양광 패널, 24V 460Ah 지게차 배터리, Victron MPPT 100/50, 24V→12V 강압기, 3KVA Victron 인버터로 구성된 자가 전력 시스템임
- 약 650개 노트북 배터리에서 셀을 선별해 팩당 100Ah를 맞추고, 1.5mm 구리선 버스바와 동일 길이 배선으로 팩 균형을 잡으려 함
- 7개 팩으로 먼저 시험한 뒤 문제가 없으면 160셀·최소 1500mAh 셀·250Ah 규모의 더 큰 팩으로 확장할 계획이었음
- 1주일 사용에서는 납축전지보다 충전 효율과 부하 유지가 좋아 보였지만, 6번째 밤 일부 팩이 2V 안팎까지 떨어지며 용량 매칭과 밸런싱 문제가 드러남
기존 전력 시스템과 리튬 팩 추가 계획
- Glubux는 이미 필요한 전기의 일부를 직접 생산하고 있었음
- 지붕에 1.4kW 태양광 패널을 설치함
- 기존 저장장치는 오래된 24V 460Ah 지게차 배터리
- Victron MPPT 100/50 충전 컨트롤러, 24V→12V Victron 전압 강압기, 3KVA Victron 인버터를 사용 중
- 배터리와 충전 컨트롤러, 인버터를 넣기 위한 창고(shed) 를 만들 계획이 있었음
- 몇 달 전부터 노트북 배터리를 모았고, 당시 약 650개를 확보해 분류와 팩 제작을 시작함
100Ah 팩 설계 방식
- 팩당 목표 용량은 100Ah임
- 셀 수를 조정해 용량을 맞춤
- 필요하면 셀을 추가하거나 제거할 수 있게 만들려 함
- 버스바에는 구하기 쉽고 납땜하기 쉬운 구리선을 최대한 사용함
- 각 셀에 연결되는 버스바 길이를 같게 유지하는 설계를 택함
- 구리선 굵기는 1.5mm임
- 한 사용자는 2.5mm 케이블이면 16~25A를 감당할 수 있어 과한 것 아니냐고 질문함
- Glubux는 실제 테스트가 필요하지만, 너무 얇은 것보다 두꺼운 편이 낫다고 봄
- 다른 사용자는 가장 긴 구리선의 저항을 0.0022789Ω, 즉 2.2789mΩ으로 계산했고, 셀 내부저항이 그보다 높다고 봄
셀 테스트와 측정 신뢰도
- Glubux는 별도의 방전기들로 셀을 테스트함
- 같은 셀을 여러 방전기에서 직접 비교했느냐는 질문에는, 막 분리한 셀 쌍을 여러 충전기에서 테스트해 간접 확인했다고 답함
- 용량 차이가 몇 mAh 수준에 그친 경우가 몇 번 있었음
- 방전기들이 완벽하지는 않지만 충분히 정밀하다고 판단함
초기 제작 규모와 확장 계획
- 이후 업데이트 시점에는 6개 팩이 완성됐고, 7번째 팩도 곧 준비될 예정이었음
- 100Ah 팩은 최대 80셀 크기로 설계됨
- 사용한 최저 용량 셀은 1200~1300mAh 범위
- 계산 기준은
1250mAh × 80셀 = 100Ah
- 먼저 7개 팩을 만들고 테스트한 뒤, 이상이 없으면 더 큰 팩으로 확장하려 함
- 다음 단계는 160셀
- 최소 셀 용량은 1500mAh
- 목표 용량은 250Ah
- 설치 방식은 처음에는 정원 창고 안 선반에 올려두는 구상이었고, 스트링마다 선반 하나를 둘 가능성도 있었지만 당시 확정되지는 않음
1주일간 리튬 전력 사용 결과
- 1주일간 리튬 팩을 사용한 뒤, Glubux는 납축전지보다 셀 반응이 마음에 든다고 봄
- 충전 효율은 더 좋아 보였고, 흡수 단계에서 낭비가 없는 것처럼 느꼈음
- 부하를 걸었을 때도 전압이 천천히 예측 가능하게 내려가며 잘 버팀
- 아직 큰 부하는 시도하지 않았고, 가장 큰 부하는 1200W를 조금 넘는 청소기였음
- 이 부하에서는 발열 징후가 전혀 없었음
- 이후 더 큰 전력을 뽑아보며 열화상 카메라로 확인할 계획이었지만, 먼저 태양광으로 충전할 햇빛이 필요했음
야간 방전에서 드러난 팩 불균형
- 밤새 전체 장비를 연결한 채 전하 유지 상태를 테스트함
- 부하는 냉장고 2대, 인버터, 18650 처리 작업 등이었음
- 첫 5일 밤은 문제가 없었고, 아침에 약 20% 에너지가 남아 있었음
- 6번째 밤에는 전압이 크게 떨어짐
- 4개 팩은 여전히 3.30V
- 다음 팩은 3V
- 그다음 팩은 2V 조금 위
- 마지막 팩은 2V 조금 아래
- Glubux는 모든 팩을 분리하고, 가장 낮은 팩들을 3V까지 재충전한 뒤 원인을 확인하려 함
- 가장 큰 전압 하락은 셀 수가 가장 적은 팩에서 발생함
- 100Ah를 맞추기 위해 한 팩은
80 × 1250mAh, 더 빈 팩은51 × 1950mAh구성으로 만들었음 - 이 단순 계산은 1C 방전율로 측정한 용량에 기반함
- 낮은 C-rate로 방전하면 용량이 증가하고, Glubux는 그 증가폭이 51셀 팩보다 80셀 팩에서 더 클 수 있다고 추정함
- 100Ah를 맞추기 위해 한 팩은
- 이후 일부 팩에 셀을 추가했고, 이 작업은 매우 쉬웠다고 함
- 팩들을 다시 밸런싱한 뒤 결과를 지켜보기로 함
밸런싱에서 관찰한 현상
- 처음 3.8V에서 밸런싱했을 때는 팩들이 잘 맞았음
- 완전 충전에 가까운 4V로 갈 때와 낮은 전압인 3.3V 부근으로 갈 때 약간의 드리프트가 보임
- 반대로 3.8V 부근으로 돌아오면 밸런스는 다시 완벽하게 맞았음
- 이 현상은 두 가지 단서를 줌
- 약한 팩을 미리 보여주는 신호였고, 실제로 당시 드리프트가 보였던 팩들이 나중에 2V 안팎까지 떨어짐
- 팩들이 약간 고르지 않아도 상단이나 하단 전압 영역에 도달하지 않는 한 밸런스가 크게 무너지지 않을 수 있음