패치형 웨어러블 기기용 리튬 배터리 설계 MOTOMA 웨어러블 스마트 패치 배터리

패치형 웨어러블 기기(연속 혈당 측정기, 피부 센서, 의료용 패치 등)의 개발에서 배터리는 종종 과소평가되지만, 올바르게 구현하기 가장 어려운 구성 요소 중 하나입니다. 배터리는 배터리 수명뿐만 아니라 착용감, 안전성, 제품의 전체적인 기계적 설계를 결정합니다.

1. 공간 및 폼 팩터: 배터리는 제품 속으로 "사라져야" 합니다

기계 엔지니어에게 패치 디바이스의 첫 번째 제약은 용량이 아니라 공간입니다.

이러한 제품은 일반적으로 전체 두께가 2mm 미만이어야 합니다. 기존의 딱딱한 배터리는 통합하기 어렵고 피부에 이물감을 느끼게 하는 경우가 많습니다. 그 결과 초박형 파우치 리튬 폴리머 배터리나 유연한 고체 배터리가 선호되는 선택이 되었습니다. 이들은 패치와 함께 약간 구부러질 수 있고 피부에 더 잘 밀착되어 착용 시 거의 느껴지지 않습니다.

통합 관점에서 더 많은 설계가 연성 인쇄 회로(FPC)와의 깊은 통합으로 나아가고 있습니다. SMT 호환 초소형 배터리 또는 연성 회로에 직접 내장된 배터리 설계는 극도로 제한된 공간을 최대한 활용하는 데 도움이 됩니다.

2. 에너지 밀도 및 작동 시간: 작은 부피에서 런타임 극대화

패치 디바이스는 일반적으로 전력 소비가 적지만 런타임 요구 사항은 매우 엄격합니다.

일회용 패치는 종종 7~14일 동안 연속 작동해야 하며, 재사용 가능한 패치는 일반적으로 한 번 충전으로 3~5일 작동이 필요합니다. 이는 부피 에너지 밀도에 대한 높은 요구를 의미하며, 업계 목표는 일반적으로 400~600Wh/L를 초과합니다.

동시에 BLE 및 NFC와 같은 저전력 통신 기술이 표준입니다. 이로 인해 낮은 자가 방전이 주요 요구 사항이 되어 긴 착용 기간 동안 예측 가능하고 안정적인 배터리 성능을 보장합니다.

3. 재충전 전략: 충전이 유일한 옵션은 아닙니다

모든 패치 디바이스가 충전식 배터리를 필요로 하는 것은 아닙니다.

장기 모니터링 제품의 경우 충전식 리튬 배터리가 여전히 주류 솔루션으로, 사이클 수명은 일반적으로 500회 이상의 충방전 사이클을 기대합니다. 대조적으로, 일부 일회용 의료 패치는 충전 회로와 사용 후 회수 문제를 제거하여 시스템 설계를 단순화하는 1차 배터리 솔루션의 이점을 누릴 수 있습니다.

고급 제품에서는 Qi 또는 NFC를 통한 무선 충전이 점점 보편화되고 있습니다. 물리적 커넥터를 제거하면 방수 성능이 크게 향상되어 IP67 또는 IP68 등급에 도달할 수 있습니다. 이는 매일 사용 중 물에 노출되는 지속 착용 디바이스에 중요한 이점입니다.

4. 온도 범위 및 열 관리: 보이지 않는 안전 경계

패치 디바이스는 인체와 직접 접촉하는 매우 특정한 환경에서 작동합니다.

배터리는 피부 표면 온도에 해당하는 약 30°C~42°C 내에서 안정적인 전압 출력을 유지해야 합니다. 충전 중에는 피부 자극이나 불편함을 피하기 위해 온도 상승이 일반적으로 2°C 미만으로 유지되어야 합니다. 또한 배터리는 -20°C~60°C의 보관 및 운송 조건을 견뎌야 하므로 재료 및 제조 공정에 추가적인 요구가 발생합니다.

5. 안전 및 규정 준수: 타협할 수 없는 기준

패치 디바이스는 피부와 장시간 직접 접촉하기 때문에 배터리 안전을 타협할 수 없습니다.

포장 재료는 ISO 10993 생체 적합성 테스트를 통과하여 무독성 및 비감작성을 보장해야 합니다. 기계적 안전 관점에서 배터리는 압축, 굽힘 또는 우발적 천공 시 발화, 누액 또는 위험한 고장이 발생해서는 안 됩니다. 이는 고체 및 반고체 기술이 주목받는 이유 중 하나입니다.

초소형 보호 회로는 과충전, 과방전 및 단락을 방지하여 모든 작동 조건에서 제어된 동작을 보장하는 데 필수적입니다.

6. 일반적인 사양 동향(참조 범위)

• 배터리 유형: 초박형 리튬 폴리머 / 연성 또는 박막 고체 배터리
• 두께 범위: 0.4mm ~ 1.5mm
• 공칭 전압: 3.7V ~ 3.85V
• 용량 범위: 10mAh ~ 100mAh(크기에 따라 다름)
• 안전 기준: IEC 62133, UL 1642, UN 38.3
• 방수 등급: IP67 / IP68(시스템 설계에 따라 다름)

이렇게 높은 통합성과 안전 요구 사항이 있는 애플리케이션에서는 엔지니어링 경험이 개별 사양보다 더 중요한 경우가 많습니다.

MOTOMA 리튬 폴리머 배터리는 패치형 웨어러블 및 의료용 디바이스에 널리 적용되어 많은 성공 사례가 입증되었습니다. MOTOMA는 초박형 맞춤 설계, 일관된 양산 품질, 포괄적인 안전 및 인증 지원을 제공합니다. 초기 기계적 협업부터 안정적인 대량 생산까지, MOTOMA는 공간, 런타임 및 안전성을 균형 있게 맞춘 실용적이고 검증 가능한 솔루션을 고객이 달성할 수 있도록 제품 전체 관점에 중점을 둡니다.