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무선청소기·로봇청소기 배터리, 제품 유형에 따라 달라지는 선정 기준

가정용 청소기는 유선에서 무선으로 빠르게 전환되었고 이제는 스스로 집 안을 청소하는 로봇청소기까지 보편화되었습니다. 

같은 청소기라도 손에 들고 사용하는 무선청소기와 스스로 움직이는 로봇청소기는 배터리에 요구되는 조건이 서로 다릅니다.

알파셀인터내셔널은 가정용 청소기용 배터리팩 개발을 초기 검토 단계부터 진행하며

제품의 사용 환경과 요구 성능을 바탕으로 셀 선정, 배터리팩 구성, 보호회로 및 충전 조건 등을 검토해 왔습니다.

이번 글에서는 무선청소기와 로봇청소기의 차이를 중심으로 배터리팩 개발 과정에서 중요하게 고려해야 할 선정 기준과 설계 포인트를 소개합니다.

1. 무선청소기: 강한 흡입력과 가벼운 무게

핸디형·스틱형 무선청소기는 강한 흡입력을 내기 위해 고속 모터를 사용하며 특히 최대 흡입 모드에서는 배터리에서 높은 전류를 요구합니다.

동시에 사용자가 직접 들고 움직이는 제품이므로 배터리의 무게와 크기도 중요합니다. 

출력과 사용 시간뿐 아니라 제품 전체의 무게와 무게 중심까지 고려해야 합니다.

초기 개발 단계에서는 다음 항목을 중심으로 요구사항을 정리합니다.

- 최대 흡입 모드에서의 방전 전류

- 일반 모드와 강력 모드별 소비 전류 및 목표 사용 시간

- 본체 내부에 장착할 수 있는 배터리팩 크기와 무게

- 교체형 배터리 여부와 결합 구조

- 충전 방식과 충전 시간

특히 흡입 모드에 따라 소비 전류 차이가 크기 때문에 셀의 방전 성능과 배터리팩 용량을 모드별 사용 패턴과 함께 검토합니다.

2. 로봇청소기: 사용 시간과 반복 충전 환경

로봇청소기는 흡입 모터뿐 아니라 주행 모터와 브러시 등 여러 부품을 동시에 구동합니다.

따라서 청소 면적과 작동 시간, 주행 및 흡입 조건을 고려한 배터리 용량과 출력 설계가 필요합니다.

또한 청소가 끝나면 충전대로 복귀해 충전하는 방식이므로 충전과 방전이 주기적으로 반복됩니다. 

이 때문에 셀의 용량뿐 아니라 사이클 수명과 충전 조건, 온도 관리 및 보호 기능도 중요합니다.

초기 검토 단계에서는 다음 항목을 확인합니다.

- 목표 청소 면적과 작동 시간

- 흡입 및 주행 조건에 따른 소비 전류

- 반복 충·방전을 고려한 셀의 수명 특성

- 자동 충전 환경을 고려한 보호 기능

- 본체 높이와 내부 구조에 맞는 배터리팩 형상

- 충전 전류와 충전 중 온도 관리

로봇청소기는 사용자가 직접 충전 과정을 관리하지 않는 경우가 많으므로 

자동 충전 환경에서 배터리가 안정적으로 작동할 수 있도록 셀과 보호회로, 충전 조건을 함께 검토해야 합니다.

3. 초기 검토부터 생산 준비까지, 배터리팩 개발 과정

무선청소기와 로봇청소기는 제품 구조와 사용 방식이 다르기 때문에

배터리팩 개발 초기부터 적용 제품의 특성을 구체적으로 파악해야 합니다.

① 초기 요구사항 및 사용 환경 분석

개발 초기에는 제품의 사용 목적과 작동 조건을 확인합니다.

- 제품 유형 및 주요 작동 방식

- 목표 전압과 요구 용량

- 정상 작동 및 최대 부하 전류

- 목표 사용 시간과 충전 시간

- 배터리팩 장착 공간 및 외형 조건

알파셀은 무선청소기는 흡입 모드별 소비 전류와 사용 비율을, 로봇청소기는 청소 면적과 주행·흡입 조건을 기준으로 요구사항을 정리합니다.

제품 유형에 따라 출발점이 다르기 때문에 같은 청소기라도 처음 확인하는 항목부터 달라집니다.

② 셀 선정 및 배터리팩 구성

요구 성능에 맞춰 셀의 용량, 방전 성능, 내부저항 및 사이클 수명 등을 비교합니다.

이후 목표 전압에 맞는 직렬 구성과 요구 용량에 맞는 병렬 구성을 검토하고 제품 내부 공간에 적합한 배터리팩의 크기와 무게를 함께 고려합니다.

이 과정에서는 한 가지 셀만을 기준으로 결정하기보다 2~3종의 후보 셀을 성능과 크기, 공급 조건까지 함께 비교합니다. 

청소기는 내부 공간이 빠듯한 경우가 많아, 셀 크기 몇 mm 차이가 팩 구성 전체를 바꾸기도 합니다.

③ 보호회로 및 충전 조건 검토

배터리팩의 안정적인 작동을 위해 BMS와 보호회로의 주요 기능을 검토합니다.

과충전, 과방전, 과전류, 단락 및 비정상적인 온도 상승에 대한 보호 기능이 제품의 실제 사용 조건에 적합한지 확인해야 합니다.

또한 셀의 허용 충전 전압과 전류, 충전 중 온도 상승 등을 고려해 충전 조건을 검토합니다.

특히 로봇청소기처럼 자동 충전이 반복되는 제품은 충전 환경과 사용 주기를 함께 고려해야 합니다.

④ 인증 및 안전 요건 확인

가정에서 사용하는 제품인 만큼 안전 요건은 개발 초기부터 확인합니다. 

국내 유통 시 KC 안전 관련 적용 대상 여부와 시험 항목을 배터리팩과 완제품으로 나눠 확인하고

리튬배터리 운송에 필요한 UN 38.3 시험 요건도 함께 검토합니다.

⑤ 생산 준비 및 품질 검토

생산 단계로 넘어가기 전에는 배터리팩의 조립 구조와 셀 고정 상태, 절연 및 배선 구조, 연결부의 안정성을 확인해야 합니다.

제품 내부 공간에 맞는 셀 배열이 실제 조립 과정에서도 안정적으로 유지되는지 검토하고 주요 검사 항목과 생산 조건을 정리합니다.

시제품 단계에서 확인한 성능이 생산 과정에서도 일정하게 유지될 수 있도록 조립 및 검사 기준을 준비하는 것이 중요합니다.

4. 실제 개발 과정에서 자주 확인되는 과제

청소기 배터리팩은 제품의 사용 방식과 내부 구조에 따라 개발 과정에서 확인해야 할 문제가 달라집니다.

[사용 시간이 예상보다 짧게 나오는 문제]

셀의 정격 용량으로 계산한 사용 시간과 실제 제품의 사용 시간이 차이 나는 경우가 많습니다. 

무선청소기는 강력 모드 비중이 조금만 높아져도 사용 시간이 크게 줄고 로봇청소기는 카펫이나 문턱처럼 주행 부하가 큰 환경에서 소비 전력이 늘어납니다. 

그래서 용량은 모드별·환경별 소비 전류를 기준으로 산정해야 실제와 가까운 결과가 나옵니다.

[반복 충전 환경에서의 로봇청소기 수명]

로봇청소기는 사용자가 의식하지 못하는 사이 충전과 방전이 반복되면서

사용 기간이 길어질수록 청소 시간이 줄었다는 불만으로 이어질 수 있습니다.

셀의 사이클 수명만 볼 것이 아니라 충전 전압을 어디까지 설정할지

충전대에서 대기하는 동안 배터리를 어떻게 관리할지도 함께 설계해야 합니다. 

이러한 조건은 배터리 수명 확보에 중요한 요소입니다.

[정해진 공간에 맞추는 팩 구성]

청소기는 디자인이 먼저 정해지고 배터리가 그 안에 들어가야 하는 경우가 많습니다. 

무선청소기는 팩 위치가 무게 중심과 손목 부담에 직접 영향을 주고

로봇청소기는 본체 높이 제한 때문에 셀 배열 방식이 정해지기도 합니다.

공간, 무게, 용량을 함께 놓고 여러 배열안을 비교하는 과정이 필요합니다.

이러한 과제는 개발 초기부터 제품의 사용 환경과 구조를 함께 검토할수록 설계 변경과 재시험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

마무리

청소기 배터리는 무선청소기의 출력과 무게, 로봇청소기의 사용 시간과 반복 충전 안정성처럼 제품 유형에 따라 우선순위가 달라집니다.

알파셀인터내셔널은 제품의 사용 조건과 요구 사양을 바탕으로 

초기 검토부터 셀 선정 및 배터리팩 구성, 보호회로와 충전 조건, 안전 요건 검토 및 생산 준비까지 개발 과정 전반을 지원했습니다.

청소기용 배터리팩 개발을 검토하고 있다면 

제품 유형, 목표 사용 시간, 요구 전압 및 장착 공간 등의 정보를 바탕으로 적합한 셀과 배터리팩 구성을 검토할 수 있습니다.

언제든지 Contact Us 또는 support@alphacell.co.kr로 문의해 주세요.

감사합니다.

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