전동휠체어는 배터리 상태에 따라 사용 편의성이 크게 달라집니다. 같은 경로를 이동하더라도 배터리가 오래되면 주행 가능 시간이 짧아지고, 충전을 자주 해야 하거나 예상보다 빠르게 잔량이 줄어드는 문제가 생길 수 있습니다.
특히 오래된 전동휠체어에는 니켈수소(Ni-MH) 배터리가 사용된 경우가 있습니다. 니켈수소 배터리는 오랫동안 안정적으로 사용되어 온 배터리 방식이지만, 최근에는 에너지 밀도와 무게 측면에서 장점이 있는 리튬이온 배터리가 다양한 이동 장비에 널리 사용되고 있습니다.
이번 글에서는 실제 야마하 전동휠체어 배터리를 점검하면서 기존 니켈수소 배터리를 리튬이온 구조로 변경한 사례를 통해, 두 배터리 방식의 차이와 작업 시 반드시 확인해야 할 부분을 살펴보겠습니다.
기존 야마하 니켈수소 배터리 사양
이번에 점검한 제품은 야마하 전동휠체어에 사용되던 순정 니켈수소 배터리입니다.
외부 표기를 기준으로 확인한 사양은 다음과 같습니다.
- 배터리 종류 : Ni-MH
- 정격전압 : 24V
- 정격용량 : 6.7Ah
야마하 공식 자료에서도 전동휠체어용 니켈수소 배터리를 24V 6.7Ah 사양으로 안내하고 있습니다.
오랜 기간 사용하면서 충전 후 실제 사용할 수 있는 시간이 크게 줄어든 상태였습니다.
배터리는 충·방전을 반복하면서 조금씩 성능이 감소하기 때문에 오래 사용한 제품은 완충 표시가 되더라도 처음과 같은 사용 시간을 확보하지 못할 수 있습니다.
이전에도 한 번 리필한 배터리였다
배터리 내부를 확인해 보니 흥미로운 점이 하나 있었습니다.
이 제품은 과거에 이미 한 번 니켈수소 셀로 리필했던 배터리였습니다.
기존 케이스를 유지하면서 내부 셀만 교체하여 계속 사용했던 제품이 다시 수명을 다한 것입니다.
이번에는 기존과 동일한 니켈수소 셀을 다시 넣는 방식이 아니라, 사용 편의성과 용량을 고려하여 리튬이온 셀을 이용한 새로운 배터리팩을 구성했습니다.
니켈수소와 리튬이온 배터리는 무엇이 다를까?
두 배터리는 충전식이라는 점은 같지만 특성이 다릅니다.
니켈수소 배터리는 구조가 비교적 익숙하고 오랜 기간 사용되어 온 방식입니다.
반면 리튬이온 배터리는 같은 크기와 무게 조건에서 더 많은 에너지를 저장하기 유리합니다.
야마하 역시 현재 니켈수소 배터리와 리튬이온 배터리를 별도로 공급하고 있으며, 공식 비교 자료에서는 24V 6.7Ah 니켈수소와 25.2V 10.08Ah 리튬이온 사양을 안내하고 있습니다.
따라서 리튬이온으로 변경할 때는 단순히 “더 좋은 배터리”라고 생각하기보다 전압, 충전 방식, 보호회로, 장비 호환성까지 모두 확인해야 합니다.
이번 작업에 사용한 LG 21700 셀
새로운 배터리팩에는 LG INR21700-M50LT 셀을 사용했습니다.
21700은 셀의 외형 규격을 의미하며, 일반적인 18650 셀보다 크기가 크고 높은 용량을 확보하기 유리합니다.
이번에는 총 14개의 셀을 사용해 다음과 같이 구성했습니다.
- 7직렬 : 7S
- 2병렬 : 2P
- 총 셀 수 : 14개
즉, 두 개의 셀을 병렬로 묶은 그룹을 7개 직렬로 연결하는 구조입니다.
이런 구성에서는 셀 하나의 용량이 병렬 연결을 통해 합산되며, 직렬 연결을 통해 배터리팩 전체 전압을 만들게 됩니다.
7S2P 구조는 어떻게 작동할까?
리튬이온 배터리의 직렬과 병렬 구조를 이해하면 배터리팩을 이해하기가 훨씬 쉽습니다.
직렬 연결은 전압을 높이고, 병렬 연결은 용량을 늘리는 역할을 합니다.
예를 들어 7S2P 구조에서는 같은 특성의 셀 2개가 하나의 병렬 그룹을 만들고, 이런 그룹 7개가 직렬로 연결됩니다.
따라서 배터리팩을 구성할 때는 단순히 셀 개수만 맞추는 것이 아니라 각 셀의 전압과 내부저항, 상태를 가능한 한 균일하게 맞추는 것이 중요합니다.
기존보다 용량은 얼마나 늘어났을까?
기존 배터리는 6.7Ah였습니다.
이번에 구성한 리튬이온 배터리팩은 사용한 셀의 실제 정격용량과 구성에 따라 약 9.7Ah 수준으로 설계했습니다.
단순 계산으로 비교하면 기존보다 약 45% 정도 큰 용량입니다.
다만 여기서 주의할 점이 있습니다.
배터리 용량이 45% 증가했다고 해서 실제 주행거리가 정확히 45% 늘어난다고 단정할 수는 없습니다.
실제 주행거리는 다음과 같은 조건에도 영향을 받기 때문입니다.
- 사용자 체중
- 도로 경사
- 주행 속도
- 노면 상태
- 모터 상태
- 기온
- 배터리 효율
따라서 용량 증가는 “더 많은 에너지를 저장할 수 있다”는 의미로 이해하는 것이 정확합니다.
리튬이온 배터리에서 BMS가 중요한 이유
니켈수소에서 리튬이온으로 변경할 때 가장 중요한 부품 가운데 하나가 BMS입니다.
BMS는 Battery Management System의 약자로 배터리팩의 상태를 관리하는 회로입니다.
일반적으로 다음과 같은 기능을 담당합니다.
- 과충전 보호
- 과방전 보호
- 과전류 보호
- 셀 그룹 전압 감시
- 셀 밸런싱
특히 여러 셀을 직렬로 사용하는 배터리팩에서는 각 셀 그룹의 전압 차이가 지나치게 벌어지지 않도록 관리하는 것이 중요합니다.
밸런스 배선 연결
7S 배터리팩에서는 각 직렬 그룹의 전압을 BMS가 확인할 수 있도록 밸런스 배선을 연결합니다.
이 부분은 배터리팩 조립에서 매우 중요한 과정입니다.
배선 순서를 잘못 연결하거나 전압 관계가 맞지 않으면 BMS가 정상적으로 작동하지 않을 수 있습니다.
따라서 각각의 셀 그룹 전압을 확인하면서 순서대로 연결해야 합니다.
셀 연결과 절연 작업
배터리팩을 구성한 뒤에는 니켈 스트립을 이용한 스폿 용접과 배선 연결을 진행합니다.
전동휠체어는 이동 중 지속적으로 진동을 받기 때문에 전기적인 연결뿐 아니라 물리적인 고정도 중요합니다.
배선이 셀의 금속 부분이나 다른 단자와 접촉하지 않도록 정리하고 필요한 부분에는 절연재를 적용합니다.
완성된 팩은 외부 충격과 내부 마찰을 줄이기 위해 수축 필름과 절연재로 마감했습니다.
기존 잔량 표시를 그대로 사용할 수 없는 이유
배터리 종류가 바뀌면 전압 특성도 달라집니다.
니켈수소 배터리와 리튬이온 배터리는 방전 과정에서 나타나는 전압 변화 특성이 서로 다르기 때문에 기존 잔량 표시 방식이 새로운 배터리의 상태를 정확하게 보여주지 못할 수 있습니다.
이번 작업에서는 이 문제를 보완하기 위해 외부에 별도의 디지털 잔량 표시 장치를 설치했습니다.
버튼을 눌렀을 때 현재 배터리 상태를 확인할 수 있도록 구성한 것입니다.
충전기도 반드시 달라져야 한다
이번 작업에서 가장 중요하게 강조하고 싶은 부분입니다.
니켈수소 배터리와 리튬이온 배터리는 충전 방식이 다릅니다.
따라서 배터리 셀만 리튬이온으로 변경하고 기존 니켈수소 충전 방식을 그대로 사용하는 것은 적절하지 않습니다.
리튬이온 배터리팩의 직렬 구성과 충전 종료 전압에 맞는 충전기를 사용해야 합니다.
이번 배터리에는 별도의 리튬이온 전용 충전 단자를 설치하고 해당 배터리팩 사양에 맞는 전용 충전기를 사용하도록 구성했습니다.
야마하 공식 자료에서도 니켈수소와 리튬이온 배터리를 구분해 충전 방법을 안내하고 있습니다.
외부 충전 단자에 보호캡을 설치한 이유
전동휠체어는 실내뿐 아니라 야외에서도 사용합니다.
따라서 외부 충전 단자는 먼지와 이물질, 습기에 노출될 가능성이 있습니다.
이번 작업에서는 충전 단자에 보호캡을 추가했습니다.
작은 부품이지만 사용하지 않을 때 단자를 보호하고 이물질 유입 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다.
니켈수소를 리튬이온으로 바꿀 때 확인해야 할 사항
단순히 같은 크기의 리튬이온 배터리를 넣는다고 끝나는 작업은 아닙니다.
다음 항목을 함께 검토해야 합니다.
확인 항목이유
| 공칭전압 | 장비와의 전압 호환성 |
| 최대 충전전압 | 충전기 선택에 필요 |
| BMS | 과충전·과방전 등 보호 |
| 방전전류 | 모터 구동에 충분한지 확인 |
| 셀 용량 | 목표 사용시간 결정 |
| 내부 공간 | 셀과 BMS 장착 여부 |
| 충전 방식 | 기존 방식 사용 가능 여부 확인 |
| 잔량 표시 | 기존 표시계 호환 여부 확인 |
특히 이동보조장비는 배터리 문제가 사용자의 이동 자체에 영향을 줄 수 있기 때문에 단순한 용량 증가보다 안정적인 동작과 보호 설계를 우선적으로 고려해야 합니다.
자주 묻는 질문
니켈수소 배터리를 리튬이온으로 바로 바꿀 수 있나요?
모든 제품에서 단순 교체가 가능한 것은 아닙니다. 전압, 모터 컨트롤러, 충전 방식, BMS, 내부 공간 등을 함께 확인해야 합니다.
리튬이온으로 바꾸면 무조건 주행거리가 두 배가 되나요?
그렇지 않습니다. 배터리 용량과 효율이 높아지면 주행 가능 거리가 늘어날 수 있지만 실제 결과는 사용자 체중, 도로 환경, 온도, 주행 방식 등에 따라 달라집니다.
기존 니켈수소 충전기를 사용해도 되나요?
배터리 화학계와 충전 방식이 달라졌다면 임의로 기존 충전기를 사용하면 안 됩니다. 새 배터리팩의 전압과 충전 조건에 맞는 충전기가 필요합니다.
BMS 없이 리튬이온 배터리를 사용할 수 있나요?
여러 개의 셀을 직렬로 구성한 리튬이온 배터리팩에서는 셀 전압 감시와 과충전·과방전 등의 보호를 위해 적절한 관리·보호회로가 매우 중요합니다.
배터리 용량은 Ah만 보면 되나요?
아닙니다. 전압이 다른 배터리를 비교할 때는 Ah뿐 아니라 Wh도 함께 보는 것이 좋습니다. Wh는 배터리가 저장할 수 있는 에너지량을 비교하는 데 더 유용합니다.
이번 작업에서 가장 중요한 점
이번 야마하 전동휠체어 배터리 작업은 단순히 오래된 셀을 새것으로 바꾼 사례와는 조금 다릅니다.
기존 니켈수소 배터리에서 리튬이온 배터리로 화학계 자체가 변경되면서 새로운 셀 구성뿐 아니라 BMS, 잔량 표시, 충전 단자와 충전 방법까지 함께 검토해야 했습니다.
리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 용량 확보 측면에서 장점이 있지만, 그 장점을 제대로 활용하려면 배터리팩 전체가 하나의 시스템으로 설계되어야 합니다.
특히 전동휠체어처럼 이동에 직접 사용되는 장비에서는 단순히 “용량이 커졌다”는 것보다 정상적인 충전과 방전, 보호회로 동작, 안정적인 연결 상태를 확인하는 것이 더욱 중요합니다.
배터리 종류를 변경할 계획이라면 셀만 비교하지 말고 장비와 충전 시스템 전체를 함께 살펴보는 것이 안전하고 효율적인 방법입니다.