리튬 폴리머(LiPo) 배터리는 스마트 신발의 표준입니다. 높은 에너지 밀도, 가벼운 구조 및 물리적 유연성의 독특한 조합을 제공하기 때문입니다. 이러한 기능을 통해 제조업체는 착용자의 편안함이나 생체 역학을 손상시키지 않으면서 신발 밑창의 제한적이고 불규칙한 공간에 상당한 전력 예비량을 내장할 수 있습니다.
스마트 신발에서 LiPo 배터리의 주요 엔지니어링 가치는 모양을 넘어섭니다. 이는 중요한 에너지 버퍼 역할을 합니다. 가변 에너지 수확 소스(예: 압전 시스템)와 안정적인 전압이 필요한 민감한 전자 장치 사이의 간극을 연결합니다.
신발의 물리적 제약 극복
스마트 신발 설계에는 좁은 공간 제약과 무게 제한을 해결해야 합니다. LiPo 기술은 특정 제조 이점을 통해 이러한 물리적 과제를 해결합니다.
제한된 내부 공간에 맞추기
단단한 원통형 배터리와 달리 LiPo 배터리는 유연한 파우치 아키텍처를 사용합니다.
이를 통해 매우 사용자 정의 가능한 폼 팩터로 제조할 수 있습니다. 엔지니어는 신발 밑창의 사용 가능한 공간에 원활하게 맞도록 얇거나 평평하거나 불규칙한 모양의 배터리를 설계할 수 있습니다.
무게 영향 최소화
신발 디자인은 추가 질량에 매우 민감합니다.
LiPo 배터리는 비슷한 용량의 다른 화학 물질에 비해 가벼운 특성을 제공합니다. 이를 통해 지능형 기능을 추가해도 사용자의 보행을 변경하는 무겁고 투박한 신발이 되지 않습니다.
전기적 안정성 및 성능
물리적 적합성 외에도 배터리는 복잡한 전자 부품 생태계를 지원해야 합니다. 전기 설계 고려 사항은 밀도와 안정성에 중점을 둡니다.
높은 에너지 밀도
스마트 신발에는 종종 GPS 모듈, 초음파 센서 및 LED 조명과 같이 전력을 많이 소비하는 구성 요소가 있습니다.
LiPo 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공하므로 물리적 크기에 비해 많은 양의 에너지를 저장할 수 있습니다. 이를 통해 불편할 정도로 큰 배터리 팩 없이도 이러한 기능의 런타임을 연장할 수 있습니다.
에너지 버퍼링의 역할
많은 스마트 신발은 압전 시스템을 사용하여 걷기에서 에너지를 수확합니다.
압전 에너지 생성은 간헐적이며 전압 스파이크를 생성합니다. LiPo 배터리는 에너지 버퍼 역할을 하여 이러한 불규칙한 전력을 캡처하고 효율적으로 저장합니다.
안정적인 작동 전압 제공
마이크로컨트롤러 및 센서는 올바르게 작동하려면 정확한 전압이 필요합니다.
수확기에서 이러한 구성 요소를 직접 전원으로 공급하는 것은 위험합니다. LiPo 배터리는 일관되고 안정적인 작동 전압을 제공하여 사용자의 움직임 강도에 관계없이 마이크로컨트롤러와 센서가 안정적으로 작동하도록 합니다.
절충점 이해
LiPo 배터리는 이 응용 분야에서 우수한 선택이지만 특정 설계 주의 사항을 취해야 합니다.
기계적 취약성
LiPo 배터리는 "소프트" 팩이며 원통형 셀의 단단한 금속 케이스가 없습니다.
신발은 높은 충격과 지속적인 굽힘을 받기 때문에 배터리는 밑창 내부에 신중하게 보호되어야 합니다. 설계자는 일상 사용 중 펑크 또는 압축 손상을 방지하기 위해 보호 인클로저를 설계해야 합니다.
디자인에 맞는 올바른 선택
스마트 신발에 전력 시스템을 통합할 때 배터리 선택 기준은 장치의 기본 기능과 일치해야 합니다.
- 착용자 편안함과 미학에 중점을 둔다면: 사용자 정의 가능한 폼 팩터를 우선시하여 배터리 부피를 밑창 전체에 분산시켜 얇은 프로파일과 자연스러운 유연성을 유지합니다.
- 고급 기능(GPS/추적)에 중점을 둔다면: 높은 에너지 밀도를 우선시하여 전력을 많이 소비하는 센서가 자주 충전하지 않고도 충분한 가동 시간을 갖도록 합니다.
LiPo 기술의 유연성과 밀도를 활용하면 일반 신발을 정교한 전자 플랫폼으로 성공적으로 변환할 수 있습니다.
요약 표:
| 특징 | 스마트 신발을 위한 디자인 이점 | 제조 이점 |
|---|---|---|
| 유연한 파우치 아키텍처 | 밑창의 불규칙한 공간에 맞습니다. | 매우 사용자 정의 가능한 폼 팩터 |
| 높은 에너지 밀도 | GPS, 센서 및 LED에 전원 공급 | 용량 대비 컴팩트한 크기 |
| 가벼운 프로파일 | 보행 변경 방지 | 대안 대비 최소 질량 |
| 안정적인 출력 | 안정적인 센서 데이터 보장 | 마이크로컨트롤러를 위한 일관된 작동 전압 |
| 버퍼링 기능 | 간헐적인 수확 안정화 | 압전 시스템에서 에너지 간극 연결 |
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참고문헌
- Ashish Ranjan, Pintu Kumar. Design and Analysis of Smart Shoe. DOI: 10.48175/ijarsct-8568
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