안녕하세요, 여러분! 이 제품은 제가 처음 만든 SolMate 프로젝트를 업데이트한 버전인 SolMate 2.0입니다.
SolMate는 배낭 뒷면에 클립으로 고정해 이동 중에도 기기를 충전할 수 있는 소형 태양광 보조 배터리입니다. 하이커, 여행자, 야외 활동을 즐기는 사람들을 위한 간단한 트레킹 동반자로 설계되었습니다.
이 장치에는 2W 고효율 PTFE 태양광 패널이 사용되며, 햇빛이 적절한 조건에서는 최대 5V, 400mA를 공급할 수 있습니다. 태양광 패널은 2200mAh Li-ion 배터리를 충전하고, 충전된 배터리로 휴대폰이나 기타 소형 USB 기기에 전원을 공급할 수 있습니다.
초슬림 본체와 맞춤형 카라비너 고리가 있어 SolMate를 배낭에 간단히 걸어 두고 탐험하는 동안 충전할 수 있습니다. 언덕을 따라 하이킹할 때나 여행 중일 때, 또는 그저 도시를 오갈 때도 SolMate는 햇빛만으로 기기에 전력을 공급해 줍니다.
기존 SolMate와 새로운 버전은 전기적으로 동일하지만, SolMate 2.0에는 몇 가지 주요한 디자인 개선 사항이 적용되었습니다. 외장을 다시 설계하고 전체적인 형태를 개선했으며, 야외 활동용 동반자로서 더욱 실용적이도록 변경했습니다.
이 글에서는 디자인과 전자 장치부터 최종 조립까지 SolMate 2.0의 전체 제작 과정을 안내하겠습니다.
그럼 시작해 볼까요!
이 프로젝트에 사용된 재료는 다음과 같습니다:
SolMate 2.0의 디자인에서는 기존 인클로저를 단순히 다듬는 대신 완전히 다른 접근 방식을 취하고 싶었습니다.
첫 번째 SolMate는 Lenovo Yoga Tablet의 독특한 쐐기형 프로파일에서 영감을 받았으며, 원통형 부분에 배터리와 전자 부품이 들어가도록 설계했습니다.
버전 2.0에서는 이러한 형태적 언어에서 벗어나, 야외용으로 특별히 설계된 장치처럼 느껴지는 제품을 만들고 싶었습니다.
먼저 태양광 패널을 위한 휘어진 길쭉한 인클로저를 설계해 본체에 더 부드럽고 유기적인 형태를 부여했습니다. 전자 부품과 배터리는 원통형 끝부분에 수납하여 태양광 패널과 전력 저장 부품을 명확히 분리하면서도 전체 패키지를 슬림하게 유지했습니다.
전체 디자인은 미니멀하고 모놀리식한 형태적 언어를 따르며, 휘어진 태양광 패널 본체가 원통형 전원부로 자연스럽게 이어집니다. 인클로저를 작고 가볍게 유지하는 동시에, 장착 시스템을 나중에 덧붙인 요소가 아니라 제품의 통합적인 일부로 만드는 것이 목표였습니다.
따라서 SolMate 1과 비교하면 이번 버전은 단순한 인클로저 재설계가 아닙니다. 기본 전자 회로는 유지하면서 완전히 새로운 폼 팩터, 시각적 언어, 장착 개념을 도입했습니다.
SolMate 2.0의 내부 구조가 SolMate 1.0과 비슷하기 때문에 이 프로젝트의 제작은 매우 간단했습니다. 제가 해야 할 일은 본체를 재설계하고 조립 과정을 훨씬 단순하게 만드는 것뿐이었습니다.
이번에는 인클로저를 하나의 본체로 설계하지 않았습니다. 대신 태양광 패널 홀더와 배터리 홀더를 별도의 부품으로 만들고, 두 부품 사이에 모델링한 슬라이딩 장부 이음으로 연결했습니다.
태양광 패널은 지정된 위치에 간단히 밀어 넣고, 태양광 패널 홀더에 통합된 또 다른 장부 이음을 사용해 별도의 덮개를 그 위로 밀어 넣습니다. 그런 다음 배터리 홀더 부분에 체결되는 M2 나사 하나로 덮개를 고정합니다.
이 모듈식 접근 방식 덕분에 전체 조립이 훨씬 쉬워졌으며, 인클로저도 더 깔끔하고 실용적으로 만들 수 있었습니다.
Li-ion 셀은 배터리 홀더 내부의 지정된 위치로 밀어 넣습니다. 셀이 제자리에 단단히 고정되고 내부에서 움직이지 않도록 홀더 안쪽에 고정 리브를 몇 개 추가했습니다.
다음은 회로 홀더입니다. 회로 기판을 이 홀더 안으로 밀어 넣습니다. 회로를 홀더에 장착한 후, 전체 조립체를 배터리 홀더 뒷면에 마련된 슬롯으로 밀어 넣습니다. 그런 다음 M2 나사 2개를 사용해 회로 홀더를 배터리 홀더에 고정합니다.
마지막으로 배터리 홀더 뒤쪽의 개구부를 덮개로 덮고, M2 나사 하나로 제자리에 고정합니다.
3D 프린팅에는 태양광 패널 홀더와 배터리 홀더를 포함한 모든 부품에 삼색 PLA를 사용했으며, 부품에 보라색, 노란색, 갈색이 섞인 외관이 나타납니다. 이 색 조합은 빨간색 인클로저와 매우 잘 어울립니다.
서포트 자국을 줄이고 더 매끄러운 표면 마감을 얻기 위해 태양광 패널 홀더와 배터리 홀더를 수직 방향으로 출력했습니다.
이번에는 이전에도 여러 배터리 관련 프로젝트에서 사용했던 IP5306 전원 관리 IC 구성을 사용합니다. 이 SOIC8 패키지 IC는 3.7V 리튬 이온 또는 LIPO 셀에서 안정적인 5V 2.4A를 제공하며, 과충전 보호, 과방전 보호, 배터리 잔량 표시, 충전 상태 표시와 같은 여러 중요한 기능도 포함합니다.
이 IC에 대한 자세한 정보가 필요하다면 아래 데이터시트를 확인하세요.
https://www.skytech.ir/DownLoad/File/2566_IP5306.pdf
Fusion 360 CAD 파일의 맞춤형 회로 설계를 따라 PCB CAD에서 보드 외곽선을 제작했습니다. CAD의 치수에 맞춰 모든 부품을 순서대로 배치하여 보드 레이아웃을 완성했습니다. 모든 부품의 위치가 맞으면 제작을 위한 최종 보드를 준비했습니다.
전원으로는 이 구성에 적합한 3.7V 2200mAh Li-ion 셀을 사용합니다. 패널의 정격이 2W이므로 더 큰 배터리를 사용하면 충전 속도만 느려집니다.
SolMate 2.0에는 이전 SolMate 프로젝트에서 사용했던 2W PTFE 태양광 패널을 재사용했습니다.
폴리테트라플루오로에틸렌, 즉 PTFE는 일반적으로 테플론과 논스틱 조리기구에 사용되는 소재와 같은 것이므로, 이 제품은 확실히 일반적인 태양광 패널이 아닙니다.
기존의 유리를 보호층으로 사용하는 대신 PTFE를 태양광 패널의 유연하고 가벼우며 내후성이 뛰어난 표면으로 사용할 수 있습니다. 덕분에 패널은 기존의 유리 피복 패널보다 훨씬 가볍고 얇아지며, 균열이나 파손에도 훨씬 강해집니다.
하지만 그에 따른 절충점도 있습니다. PTFE는 기존 유리 표면보다 들어오는 햇빛을 더 많이 산란시킬 수 있습니다. 즉, 아래쪽 태양전지에 도달하는 직사광이 조금 줄어들어 반사 방지 코팅을 적용한 고투과율 유리 패널에 비해 효율이 다소 낮아질 수 있습니다. 그 대신 훨씬 가볍고 견고한 패널을 얻을 수 있어 SolMate와 같은 휴대용 야외 프로젝트에 이상적입니다.
테스트를 위해 패널의 양극과 음극 단자에 전선 두 개를 연결하고 멀티미터로 출력을 측정했습니다. 실내 조명 아래에서 패널은 약 3.9V를 출력했습니다. 이 테스트는 직사광선 아래가 아니라 실내에서 진행했기 때문에 출력이 야외에서 기대할 수 있는 수준보다 상당히 낮습니다.
이 패널은 정격 공칭 출력이 약 5V이며, 적절한 조명 조건에서는 더 높은 전압에 도달할 수 있어 SolMate 2.0에 사용된 전원 관리 회로의 태양광 입력으로 적합합니다. 전원 관리 회로는 이어서 태양광 입력을 처리하고 리튬 이온 배터리의 충전을 안전하게 관리합니다.
최종 조립에서는 배터리 홀더에 하단 덮개를 추가하고 M2 나사 하나로 제자리에 고정하면 됩니다.
이로써 프로젝트가 드디어 완성되었습니다.
그리고 이것이 간단하지만 유용한 이 제작물의 최종 결과입니다: SolMate 2.0, 이동 중에도 사용할 수 있도록 설계된 휴대용 태양광 보조 배터리입니다.
일반적인 테스트를 위해 SolMate의 출력 포트에 USB 측정기를 연결했더니 안정적인 5V 출력이 확인되었고, 이를 통해 구성이 정상적으로 작동함을 알 수 있었습니다. 푸시 버튼을 두 번 누르면 장치가 꺼집니다.
실사용 테스트를 위해 SolMate를 야외로 가져가 배낭 뒷면에 클립으로 고정하고, 걸어 다니면서 휴대전화를 연결했습니다. 2W 태양광 패널은 리튬 이온 배터리를 계속 충전했고, IP5306 전원 관리 회로는 휴대전화로 전력을 공급하는 작업을 처리했습니다.
전체적인 아이디어는 SolMate를 가방에 클립으로 고정하고 휴대전화를 연결한 뒤, 이동하는 동안 알아서 작동하게 하는 것입니다. 별도로 부피가 큰 보조 배터리를 휴대할 필요가 없으며, 새롭게 제작한 슬림한 케이스 덕분에 일상적인 야외 활동의 동반 장치로서 훨씬 실용적으로 느껴집니다.
새로운 디자인은 기존 버전과 비교해 SolMate를 훨씬 더 깔끔하고 견고한 모습으로 만들어 줍니다. 가볍고 컴팩트하며, 배낭 뒷면에 달려 있는 모습이 솔직히 꽤 멋집니다.
SolMate는 작은 DIY 프로젝트로 시작했지만, 점차 제대로 된 제품처럼 느껴지는 것으로 발전했습니다. 제가 원했던 바로 그 기능을 합니다. 야외에서 간단한 예비 전원을 제공하는 것입니다.
물론 아직 개선할 여지는 많습니다. 다음 버전에서는 SolMate를 더욱 유용하게 만들기 위해 더 빠른 충전과 더 큰 배터리 용량을 추가하고 싶습니다.
현재로서는 제작이 완료되었으며, 관련 파일은 모두 첨부 파일에 포함되어 있습니다.
아래 링크에서 SolMate 버전 1을 확인해 보세요!
https://www.hackster.io/Arnov_Sharma_makes/solmate-01165a
여기까지 읽어 주셔서 감사드리며, 곧 새로운 프로젝트로 돌아오겠습니다!
https://www.instructables.com/SolMate-20/