뷰티 기기 배터리 설계 가이드: 페이셜 마사지기 및 클렌징 브러시에 적합한 리튬 배터리 선택 방법

얼굴 마사지기, 전동 클렌징 브러시, EMS 기기, LED 스킨케어 기기, 온열 기기, 냉각 미용 기기 등의 미용 기기에는 대개 소형 충전식 배터리가 필요합니다.

이러한 제품들은 산업용 장비보다 크기가 작지만, 배터리 설계에는 여전히 여러 가지 공학적 고려 사항이 수반됩니다. 전압, 용량, 방전 전류, 배터리 치수, 충전 온도, 커넥터 설계, BMS 보호 기능 및 방수 요구 사항 등은 모두 완성된 장치의 성능에 영향을 미칩니다.

따라서 제품 개발자와 미용 기기 제조업체의 경우, 배터리를 선택할 때는 단순히 용량만을 기준으로 삼기보다는 기기의 전기적 및 기계적 요구 사항부터 고려해야 합니다.

이 가이드에서는 미용 기기용 맞춤형 리튬 배터리를 설계하고 조달할 때 고려해야 할 주요 사항들을 설명합니다.

1. 뷰티 기기에서 배터리 설계가 중요한 이유

미용 기기의 내부 공간은 대개 제한적입니다. 배터리는 필요한 작동 시간에 충분한 전력을 공급하면서도 기기 본체 내부에 들어맞아야 합니다.

일반적인 휴대용 미용 기기에는 다음과 같은 구성 요소가 포함될 수 있습니다:

• 리튬 배터리 팩
• 모터 또는 진동 장치
• 가열 또는 냉각 소자
• LED 모듈
• EMS 또는 미세전류 회로
• 주 제어 보드
• 충전 회로
• 사용자 인터페이스
• 센서

이러한 구성 요소들은 서로 다른 전기 부하를 발생시킵니다.

예를 들어, 세안 브러시의 경우 주로 진동 모터를 구동하는 데 전력이 필요한 반면, EMS 기기의 경우 제어된 전기 펄스를 생성하는 전자 회로를 구동할 수 있는 배터리가 필요할 수 있습니다.

가열식 미용 기기는 발열체가 상대적으로 높은 전력 소모량을 유발할 수 있기 때문에 또 다른 요구 사항이 발생합니다.

따라서 배터리 사양은 전체 장치 부하 프로파일을 바탕으로 수립되어야 합니다.

2. 배터리 용량 계산 방법

배터리 용량은 일반적으로 밀리암페어시(mAh) 단위로 표기됩니다.

에너지에 관한 기본적인 관계식은 다음과 같습니다:

에너지(Wh) = 전압(V) × 용량(Ah)

예를 들어, 공칭 용량이 2,000 mAh인 3.7 V 배터리의 용량은 대략 다음과 같습니다:

3.7 V × 2 Ah = 7.4 Wh

그러나 실제 기기 작동 시간은 작동 전력, 변환 효율, 배터리 방전 특성 및 작동 조건에 따라 달라집니다.

간단하게 계산한 실행 시간은 다음과 같습니다:

구동 시간 ≈ 배터리 에너지 × 시스템 효율 ÷ 평균 장치 전력

미용 기기의 경우, 평균 전력 소비량은 실제 작동 모드를 기준으로 산정해야 합니다.

예를 들어, 장치에는 다음과 같은 기능이 있을 수 있습니다:

• 대기 모드
• 저전력 모드
• 일반 작동 모드
• 고출력 모드
• 난방 모드
• 충전 모드

배터리는 단순히 최대 전류만 고려하는 것이 아니라 전체 작동 프로파일을 바탕으로 선정해야 합니다.

3. 장치의 피크 전류 구하기

용량만이 중요한 배터리 성능 지표는 아닙니다.

일부 미용 기기에는 시동 전류나 단시간 동안의 전류 피크를 발생시키는 소형 모터나 기타 부하가 사용되기도 합니다.

따라서 배터리 사양에는 다음 사항이 포함되어야 합니다:

지속 전류 + 피크 전류 + 피크 지속 시간

얼굴용 마사지기의 경우, 모터가 작동할 때 잠시 전류가 급증할 수 있습니다.

배터리의 내부 저항이 지나치게 높으면, 전류가 최고치에 달했을 때 전압이 떨어질 수 있습니다. 이로 인해 다음과 같은 현상이 발생할 수 있습니다:

• 기기 재시작
• 모터 속도 감속
• 보호 기능 활성화
• 제어기의 불안정성
• 운영 성능 저하

따라서 배터리 셀을 선정할 때는 용량뿐만 아니라 방전 성능과 내부 저항도 고려해야 한다.

4. 리튬이온 배터리와 리튬폴리머 배터리 중 선택하기

소형 미용 기기에서 흔히 사용되는 두 가지 배터리 구성은 리튬이온 원통형 전지와 리튬폴리머 파우치형 전지입니다.

리튬이온 원통형 셀

18650이나 21700과 같은 원통형 전지는 물리적 규격이 표준화되어 있습니다.

잠재적인 장점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 정의된 기계적 치수
• 확립된 세포 공급 체계
• 다양한 용량 옵션
• 적절한 구조적 안정성
• 다양한 방류 요건에 따른 가용성

장치 외장이 원통형 배터리 구조를 수용할 수 있는 경우, 이러한 배터리가 적합할 수 있습니다.

리튬 폴리머 배터리

리튬 폴리머 파우치 전지는 유연한 파우치 형태를 채택하고 있습니다.

배터리 크기를 케이스에 맞춰 조정할 수 있기 때문에, 내부 공간이 제한된 제품에 자주 채택됩니다.

디자인 측면에서 기대할 수 있는 이점은 다음과 같습니다:

• 얇은 배터리 두께
• 길이와 너비를 자유롭게 조절 가능
• 불규칙한 내부 공간의 효율적인 활용
• 저프로파일 구성
• 맞춤형 커넥터 및 케이블 구성

뷰티 기기의 경우, 원통형 전지와 파우치형 전지 중 어느 것을 선택할지는 기계적 구조, 전기적 요구 사항, 생산 요구 사항 및 예상 사용 조건을 고려하여 결정해야 합니다.

5. 미용 기기의 일반적인 배터리 전압

많은 소형 충전식 미용 제품들은 공칭 전압이 약 3.7V인 단세포 리튬 배터리를 사용합니다.

셀을 직렬로 연결하면 더 높은 시스템 전압을 얻을 수 있습니다.

예를 들어

1S: 공칭 약 3.7 V

2S: 공칭 약 7.4 V

3S: 공칭 약 11.1 V

실제 충전 전압은 선택한 전지 화학 성분과 배터리 구성에 따라 달라집니다.

배터리 전압은 장치의 제어 전자 장치 및 충전 아키텍처와 호환되어야 합니다.

주 전자 장치가 더 낮은 전압에서 작동하는 경우, DC-DC 변환기가 필요할 수 있습니다.

이러한 이유로, 배터리 전압은 장치 전체의 전기적 구조와 함께 결정되어야 합니다.

6. 배터리 치수 및 기계적 설계

기계적 통합은 미용 기기 배터리 개발에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다.

배터리 사양에는 다음 사항이 명시되어야 합니다:

• 길이
• 너비
• 두께
• 세포 배열
• 전선 출구 위치
• 커넥터 위치
• 커넥터 유형
• 케이블 길이
• 보호 보드의 치수
• 단열 요건
• 수리 방법

소형 얼굴 마사지기의 경우, 배터리 두께의 미세한 변화조차도 외장 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

OEM 개발 과정에서 엔지니어들은 사용 가능한 내부 공간을 평가하고 적절한 배터리 구성을 결정할 수 있습니다.

해당 장치의 3D 도면이나 실물 샘플은 엔지니어들이 배터리 배치 위치를 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.

7. BMS 및 보호 회로 설계

배터리 관리 시스템(BMS)은 재충전식 리튬 배터리 팩의 중요한 구성 요소입니다.

소형 미용 기기의 경우, 보호 회로에는 다음과 같은 기능이 포함될 수 있습니다:

• 과충전 방지
• 과방전 방지
• 과전류 보호
• 단락 보호
• 과열 보호
• 적용 가능한 다중 셀 구성에 대한 셀 밸런싱

보호 전략은 선택한 배터리 화학 성분 및 기기 요구 사항에 부합해야 합니다.

단일 셀 미용 기기의 경우, 필요한 배터리 기능을 수행하기 위해서는 보호용 PCB만으로도 충분할 수 있습니다.

다중 셀 배터리 팩의 경우, 추가적인 모니터링 및 밸런싱 기능이 필요할 수 있습니다.

8. 미용 기기의 충전 설계

충전 성능은 사용자 경험과 배터리 수명 모두에 영향을 미칩니다.

배터리와 충전 시스템은 함께 설계되어야 합니다.

주요 매개변수로는 다음이 있습니다:

• 충전 전압
• 충전 전류
• 충전 시간
• 충전 온도
• 충전 종료 방법
• 충전기 사양
• USB 또는 전용 충전 인터페이스
• 배터리 보호 한계치

예를 들어, USB-C 입력을 사용하는 미용 기기에는 USB 인터페이스와 배터리 사이에 충전 관리 회로가 포함될 수 있습니다.

충전 회로는 선택한 배터리의 화학 성분 및 구성과 호환되어야 합니다.

배터리 제조사는 맞춤형 배터리 프로젝트를 평가할 때 충전기의 사양서를 받아야 합니다.

9. 방수 배터리 통합

일부 세안용 브러시와 뷰티 기기는 물과 함께 사용하도록 설계되어 있습니다.

이러한 상황에서는 배터리 주변에 단순히 방수 재료를 덧대는 것만으로는 방수 효과를 얻을 수 없습니다.

장치 전체의 구조를 종합적으로 고려해야 합니다.

주목해야 할 잠재적 분야로는 다음이 있습니다:

• 배터리 케이스
• 커넥터 영역
• 케이블 콘센트
• 용접 부위
• 충전 인터페이스
• 접합부
• PCB 보호
• 밀봉 부품

필요한 IP 등급은 용도와 제품 설계에 따라 정해야 합니다.

배터리 팩 자체와 전체 기기에는 서로 다른 보호 요건이 적용될 수 있습니다.

예를 들어, IP 등급을 갖춘 인클로저라고 해서 그 내부의 모든 부품이 각각 동일한 IP 등급을 충족한다는 것을 자동으로 의미하는 것은 아닙니다.

10. 배터리 작동 온도

미용 기기는 온도가 각기 다른 환경에서 사용할 수 있습니다.

다음과 같은 경우에는 체온을 고려해야 합니다:

• 충전
• 방전
• 저장
• 교통

가열식 미용 기기의 경우, 배터리가 발열체 근처에 위치할 수 있으므로 추가적인 열 평가가 필요합니다.

배터리 배치는 배터리와 발열 부품 사이에 적절한 간격을 확보하고 열 관리를 적절히 수행할 수 있도록 해야 합니다.

필요한 경우 온도 센서를 배터리 보호 시스템에 통합할 수도 있습니다.

11. 배터리 수명

충전식 미용 기기는 대개 장기간에 걸쳐 반복적으로 사용됩니다.

수명은 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다:

• 세포 화학
• 충전율
• 방전율
• 방전 깊이
• 작동 온도
• 보관 온도
• 충전 전략

제품 개발자는 예상되는 사용 패턴을 정의해야 합니다.

예를 들어, 하루에 몇 분씩 기기를 사용하는 경우와 근무 시간 내내 지속적으로 사용하는 전문 미용 기기의 경우, 배터리 사용 주기가 서로 다릅니다.

따라서 배터리의 수명 요구 사항은 실제 제품 사용 패턴을 바탕으로 정해야 합니다.

12. 배터리 안전성 시험

배터리 테스트는 전기적 특성과 기계적 특성을 모두 포함해야 합니다.

용도에 따라 테스트에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 용량 테스트
• 충전 및 방전 테스트
• 내부 저항 테스트
• 보호 기능 테스트
• 에이징 테스트
• 온도 시험
• 진동 테스트
• 단락 보호 시험
• 과충전 방지 기능 시험
• 기계적 검사

최종 테스트 계획은 배터리 설계, 목표 시장 및 적용 가능한 표준에 따라 수립되어야 합니다.

휴대용 제품에 사용되는 리튬 배터리의 경우, IEC 62133-2는 해당 적용 범위에 속하는 휴대용 밀폐형 2차 리튬 전지 및 배터리를 다루는 중요한 안전 표준입니다.

운송 요건에는 UN 38.3 시험이 포함될 수도 있습니다.

13. 커넥터 및 케이블 선정

커넥터는 작은 부품이지만, 배터리의 신뢰성과 조립 효율에 영향을 미칠 수 있습니다.

커넥터는 다음 사항에 따라 선정해야 합니다:

• 정격 전류
• 정격 전압
• 접촉 저항
• 사용 가능한 설치 공간
• 연결 방법
• 번식 주기
• 케이블 단면적
• 극성 요구 사항

케이블 길이는 장치 배치에 따라 적절히 조절해야 합니다.

대량 생산 시, 커넥터 사양은 승인된 시제품과 일치해야 합니다.

14. 미용 기기 배터리 OEM 프로젝트의 진행 방식

일반적인 OEM/ODM 배터리 프로젝트는 여러 단계를 거치게 됩니다.

1단계: 요구사항 분석

고객은 다음을 제공합니다:

• 기기 적용
• 배터리 전압
• 필요 용량
• 운영 시간
• 피크 전류
• 충전 방법
• 배터리 치수
• 연간 수요
• 목표 시장

2단계: 셀 선택

엔지니어들은 용량, 전류, 치수, 사이클 요구 사항 및 공급 조건을 바탕으로 적합한 리튬 전지를 평가합니다.

3단계: 배터리 팩 설계

엔지니어링 팀은 다음 사항을 결정합니다:

• 셀 구성
• 배터리 치수
• 보호 회로
• BMS
• 커넥터
• 케이블
• 단열
• 주택 또는 포장

4단계: 시제품 개발

기계적 및 전기적 검증을 위해 시제품이 제작됩니다.

고객은 배터리의 호환성, 충전 상태, 사용 시간 및 기기 성능을 확인할 수 있습니다.

5단계: 테스트

배터리는 합의된 시험 절차를 거칩니다.

테스트 과정에서 발견된 문제점은 양산 전에 해결할 수 있습니다.

6단계: 양산

최종 사양이 승인된 후에는 합의된 품질 요건과 납기 일정에 따라 생산을 진행할 수 있습니다.

15. 배터리 제조업체에 어떤 정보를 보내야 할까요?

엔지니어링 평가를 더 신속하게 진행하기 위해, 미용 기기 제조업체는 다음을 제공할 수 있습니다:

정확한 배터리 사양을 확인할 수 없는 경우에도, 해당 기기의 전기적 및 기계적 정보를 배터리 개발의 출발점으로 활용할 수 있습니다.

16. 미용 기기 배터리 OEM 및 ODM 솔루션

맞춤형 배터리 제조업체는 초기 사양 수립 단계부터 생산에 이르기까지 뷰티 기기 기업들을 지원할 수 있습니다.

일반적인 사용자 지정 옵션은 다음과 같습니다:

• 세포 화학
• 전압
• 용량
• 셀 구성
• 배터리 치수
• BMS
• 보호 회로
• 커넥터
• 케이블 길이
• 전선 배선 방식
• 포장
• 통신 기능
• 온도 감지
• 기계적 구조

이러한 옵션을 통해 표준 배터리에 맞춰 제품 케이스를 설계해야 하는 대신, 제품에 맞춰 배터리를 설계할 수 있습니다.

17. 맞춤형 미용 기기용 배터리 응용 분야

다음과 같은 다양한 개인 위생 용품을 위해 맞춤형 충전식 리튬 배터리를 개발할 수 있습니다:

• 얼굴 마사지기
• 세안용 브러시
• EMS 미용 기기
• 미세전류 기기
• LED 스킨케어 기기
• 온열 미용 기기
• 냉각 기능 탑재 미용 기기
• 전동 두피 마사지기
• 눈 마사지기
• 휴대용 스킨케어 기기
• 개인용 전자기기

각 응용 분야마다 별도의 전기적, 기계적, 열적 평가가 필요합니다.

18. 결론

미용 기기의 배터리를 고를 때는 단순히 적절한 mAh 수치를 선택하는 것 이상의 고려 사항이 필요합니다.

완벽한 배터리 설계에는 전압, 용량, 피크 전류, 전지 화학 성분, 치수, BMS 보호 기능, 충전 조건, 온도, 커넥터 설계, 방수 기능 통합 및 관련 시험 요건 등이 모두 고려되어야 합니다.

페이스 마사지기, 클렌징 브러시 및 기타 휴대용 퍼스널 케어 제품의 경우, 기기의 전기적 및 기계적 구조에 맞춰 맞춤형 리튬 배터리를 개발할 수 있습니다.

OEM 및 ODM 프로젝트의 경우, 개발 초기 단계에서 정확한 장치 사양을 제공하면 엔지니어들이 셀을 선정하고, 배터리 구성을 정의하며, 적절한 보호 시스템을 개발하는 데 도움이 됩니다.

동관 이잔 전자 기술 유한회사는 미용 기기 및 기타 휴대용 전자 제품을 위한 맞춤형 리튬 배터리 OEM/ODM 솔루션을 제공합니다. 배터리 사양은 전압, 용량, 크기, 전류, 커넥터, BMS 및 적용 분야 요구 사항에 따라 맞춤 제작이 가능합니다.