웨어러블 디바이스 배터리 용도

첨단 웨어러블 기기 배터리로 웨어러블 경험 향상

웨어러블 기기는 크기 제한이 매우 심할 뿐만 아니라 장시간 착용해야 하므로 경량화가 매우 중요합니다. 따라서 웨어러블 기기 배터리는 가능한 한 작아야 합니다. IDC와 GMI가 반복적으로 실시한 연구에 따르면, 소비자가 배터리 기반 편의 제품을 구매할 때 가장 중요하게 고려하는 요소가 바로 배터리 수명입니다. 따라서 고용량 웨어러블 기기 배터리는 제품 성공에 매우 중요합니다.

이 두 가지 요구 사항을 동시에 충족시키는 것은 배터리 설계에서 큰 도전이 됩니다. 다행히 리튬 배터리는 이러한 도전을 극복할 수 있는 여러 특성을 갖추고 있어, 웨어러블 기기 응용에 이상적입니다.

첫째, 리튬 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공하여 시스템 설계 엔지니어가 더 작고 가벼운 배터리를 선택하면서도 장시간 사용이 가능하도록 합니다. 또한, 리튬 배터리는 일반적으로 3.7V에서 작동하며, 니켈-수소(NiMH) 또는 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리의 1.2V에 비해 높은 전압을 갖습니다. 이는 배터리 셀 수를 줄일 수 있어 시스템 크기와 무게를 줄이는 데 도움을 줍니다.

또한 웨어러블 기기용 리튬 배터리의 자기 방전율은 니켈 기반 배터리보다 훨씬 낮으며, 약 월 2% 수준입니다. 반면, 니켈 수소 및 니켈 카드뮴 배터리는 하루 최대 5%까지 방전됩니다. 이는 충전 횟수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 오랜 시간 방치한 후에도 언제든지 재사용이 가능하여 사용자 친화적인 시스템을 제공합니다.

물론 모든 기술에는 단점이 있습니다. 예를 들어, 리튬이온 배터리는 니켈 기반 충전식 배터리보다 제조가 더 복잡하고 비용이 높습니다. 그러나 대량 생산 제품으로서 규모의 경제와 지속적인 기술 발전으로 제조 비용이 빠르게 감소하고 있습니다.

안전 측면에서 대부분의 리튬이온 배터리는 과전압 또는 저전압으로부터 어느 정도 보호하는 내부 보호 회로를 갖추고 있습니다. 그러나 충전 과정은 여전히 니켈 기반 충전식 배터리보다 훨씬 복잡합니다.

리튬이온 배터리: 편리하고 안락한 웨어러블 기기 구현

● 소형 배터리, 긴 배터리 수명, 높은 에너지 밀도

● 높은 작동 전압으로 셀 수 감소 및 소형 시스템 가능

● 느린 자기 방전: 충전 횟수 감소, 언제든 사용 가능

웨어러블 기기 배터리 충전 과정

이러한 안전 문제를 피하기 위해, 리튬이온 배터리는 CC(정전류) 및 CV(정전압) 충전 과정을 필요로 합니다. 이 과정에서 웨어러블 기기 배터리는 먼저 고정 전류로 설정 전압에 도달할 때까지 충전됩니다. 이후 충전 회로는 정전압 모드로 전환되어 설정 전압을 유지하는 데 필요한 전류를 제공합니다.

최적 충전을 위해 전류와 전압 수준 선택에서 신중한 균형이 필요합니다. 높은 전압에서 충전하면 배터리 용량이 증가할 수 있지만, 너무 높은 전압은 배터리에 과부하를 일으켜 영구적인 손상, 불안정성, 위험을 초래할 수 있습니다.

마찬가지로 높은 충전 전류는 충전 속도를 높이지만, 배터리 용량 감소를 초래할 수 있습니다. 충전 전류를 30% 낮추면 배터리에 저장되는 전하량이 최대 10% 증가할 수 있습니다.

따라서 충전 전류는 일반적으로 배터리 용량의 절반(배터리가 1시간 동안 지속할 수 있는 최대 전류)으로 설정되며, 전압은 셀당 4.2V로 설정됩니다.

하지만 약간 낮은 전류와 전압을 사용하면 배터리 노화를 늦춰 더 높은 용량으로 더 많은 충전 사이클을 수행할 수 있습니다.

웨어러블 기기 배터리 안전

이러한 복잡성 때문에, 충전 솔루션은 충전 전류와 전압을 면밀히 모니터링해야 합니다. 또한 충전 사이클의 적절한 단계에서 전류와 전압이 적절하게 유지되도록 안정적인 제어 루프를 제공해야 합니다(즉, 첫 번째 단계에서는 전류가 일정하고, 두 번째 단계에서는 전압이 일정함).

충전 솔루션은 엄격한 기준에 따라 충분히 테스트되어야 합니다. 이 기준은 니켈 기반 충전식 배터리보다 더 광범위한 테스트 조건을 포함하며, 배터리 자체와 관련된 테스트도 포함됩니다.

웨어러블 기기 배터리 충전 사이클

웨어러블 기기 배터리 충전 과정은 입력 전압이 감지되면 시작됩니다. 배터리 전력이 심하게 소모된 경우(예: 전압이 3V 이하) 충전 알고리즘이 사전 충전(precharge) 단계를 활성화하여 낮은 전류(배터리 용량 약 10%)로 배터리를 “예충전”하여 배터리가 전체 충전 전류를 받을 수 있도록 합니다. 이는 과열을 방지합니다.

적절한 전압에 도달하면, 충전 알고리즘은 전류 단계로 전환되어 배터리를 높은 전류(배터리 용량까지)로 충전하고, 전압이 4.2V(표준값)에 도달하면 충전기가 정전압 단계로 들어가 과충전 위험을 방지합니다. 이 단계에서 전압은 4.2V를 유지하며 전류는 배터리 용량의 약 10% 수준으로 감소합니다. 정전류 단계에서 정전압 단계로의 전환은 배터리 손상을 방지하기 위해 점진적이고 부드럽게 이루어집니다.

이 시점에서 배터리는 완전히 충전됩니다. 완전히 충전된 후에도 배터리가 연결되어 있으면, 충전기는 전압 모니터링 단계로 들어가 배터리 자기 방전으로 인한 전력 소모를 보충하기 위해 주기적으로 재충전을 제공합니다. 재충전은 일반적으로 배터리 개방 회로 전압이 4.0V 이하로 떨어졌을 때 수행됩니다.

안전하고 편리하며 신뢰할 수 있는 웨어러블 기기

웨어러블 기기 시장은 현재 빠르게 성장하고 있으며, 향후 몇 년 동안 지속적인 성장이 예상됩니다. 시스템 전력 소비와 에너지 수확 가능성 모두에서 발전이 이루어졌습니다. 하지만 웨어러블 기기가 주변 환경에서 에너지를 수확하여 충전하는 목표에는 아직 도달하지 못했습니다. 따라서 웨어러블 기기 및 기타 기능이 풍부한 IoT 응용 제품은 여전히 충전식 배터리를 필요로 합니다.

리튬이온 배터리는 작고 가벼우며 고용량으로, 시스템 설계 엔지니어가 크기 제한을 충족하면서도 소비자가 만족할 수 있는 긴 배터리 수명을 제공합니다. 또한 높은 작동 전압으로 셀 수가 줄어들어 시스템 크기가 더욱 작아지고 설계 유연성이 향상됩니다.

Ufine 웨어러블 기기 배터리

광동 Ufine New Energy Co., Ltd.는 폴리머 리튬이온 배터리의 연구, 개발, 설계 및 생산을 전문으로 하는 하이테크 기업입니다. Ufine의 웨어러블 기기 배터리는 과전압 충전, 저전압 방전, 과전류 충전(방전)에 대한 내장 보호 기능을 제공합니다.

Ufine은 15년 동안 배터리 제조 기술에 집중해 왔습니다. 안전하고 안정적이며 폭발 위험이 없고, 배터리 수명이 강하며, 장기간 전원을 제공하고, 높은 충전 변환율을 가지며, 발열이 없고, 긴 사용 수명과 내구성을 제공하며, 생산 자격을 갖추고, 제품은 국내외 다양한 인증을 통과했습니다.