تصميم حجرة بطارية LiPo: الخلوص والحرارة والضغط والتورم

يجب أن تقوم حجرة بطارية LiPo بأكثر من مجرد تثبيت البطارية في مكانها. يجب أن يستوعب تفاوتات التصنيع، ويحمي الحقيبة من الضغط المركز، ويتحكم في الحركة، ويدير الحرارة، ويحافظ على مناطق الختم والكابلات، ويترك مساحة كافية لتغيير الأبعاد المتوقع طوال فترة خدمة المنتج.

لا يمكن تحديد حجم المقصورة الصحيح عن طريق إضافة خلوص تعسفي إلى سمك الخلية الاسمي. يحتاج مصممو المنتجات إلى تقييم حزمة البطارية الكاملة، والحد الأدنى من مساحة العلبة المتاحة، وسلوك مواد التركيب، ودرجة حرارة التشغيل، والحالة المتوقعة للبطارية بعد التقادم.

عادةً ما يتبع التصميم الموثوق أربعة مبادئ:

• قم بقياس الحجرة حول الحد الأقصى لأبعاد العبوة النهائية، وليس الأبعاد الاسمية لخلية الحقيبة.

• منع الضغط المحلي من الأضلاع والمسامير وحواف ثنائي الفينيل متعدد الكلور والموصلات والمكونات الصلبة.

• استخدم الاحتفاظ المتحكم فيه دون افتراض أن كل خلية كيسية تتطلب نفس الضغط.

• حدد بدل التورم من بيانات المورد والتحقق من صحة الجهاز بدلاً من النسبة المئوية العالمية أو قيمة الملليمتر.

يشرح هذا الدليل كيفية تطبيق هذه المبادئ عند تصميم حجرة بطارية LiPo لجهاز إلكتروني صغير الحجم.

ما أهمية تصميم حجرة البطارية؟

تساعد خلايا LiPo الحقيبة مصممي المنتجات على استخدام المساحات الداخلية الرفيعة وخفيفة الوزن وغير المنتظمة بكفاءة. ومع ذلك، فإن الحقيبة توفر حماية هيكلية أقل من الخلية الأسطوانية الصلبة أو ذات الغلاف المعدني.

وبالتالي تصبح العلبة جزءًا من نظام تكامل البطارية.

يمكن أن تؤدي المقصورة غير المناسبة إلى حدوث مشكلات مثل:

• تلف الحقيبة أثناء التجميع

• الضغط من أضلاع العلبة أو رؤساء المسمار

• معسر الكابل

• تدخل الموصل

• حركة البطارية أثناء السقوط أو الاهتزاز

• درجة الحرارة الزائدة داخل منتج مغلق

• غطاء تشوه بعد شيخوخة البطارية

• الضغط على الشاشة أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو العلبة

• صعوبة إزالة البطارية أثناء الصيانة

• الاختلاف بين النموذج الأولي وملاءمة الإنتاج

البطارية التي يتم وضعها في حاوية نموذجية واحدة ليست بالضرورة جاهزة للإنتاج. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار أكبر بطارية مسموح بها، وأصغر حجرة مسموح بها، والتنوع في الرغوة والمواد اللاصقة والملصقات والعزل وموضع التجميع.

ابدأ بمغلف البطارية النهائي

غالبًا ما يصف رقم طراز البطارية السُمك التقريبي لخلية الحقيبة وعرضها وطولها. ولا يصف بالضرورة التجميع الكامل المثبت في المنتج.

قد تتضمن بطارية LiPo النهائية أيضًا ما يلي:

• وحدة دائرة الحماية

• MOSFETs والمكونات الإلكترونية الأخرى

• علامات النيكل

• شريط العزل

• التغليف الخارجي

• لاصق

• ملصق

• الأسلاك

• موصل

• إن تي سي الثرمستور

• يؤدي الاتصالات

• مناطق الختم أو علامات التبويب المطوية

يمكن لهذه المكونات إنشاء نتوءات خارج جسم الخلية الرئيسية. قد تكون منطقة PCM أكثر سمكًا من منطقة الخلية النشطة، بينما قد يتطلب الموصل والكابل مساحة توجيه إضافية.

عندما تكون الأبعاد المدمجة أولوية، ZERNE's يمكن تقييم خيارات بطاريات الليثيوم بوليمر الرقيقة مقابل المساحة المتاحة والسعة المستهدفة وموضع الموصل ومتطلبات الحماية. ومع ذلك، فإن اختيار خلية أرق لا يلغي الحاجة إلى التسامح وبدلات الشيخوخة.

حساب الخلوص مع كومة التسامح

ينبغي حساب خلوص حجرة البطارية من أبعاد الحالة الأسوأ بدلاً من قيم CAD الاسمية.

يمكن التعبير عن حساب مبسط لاتجاه السمك على النحو التالي:

هامش التصميم المتبقي = الحد الأدنى لعمق المقصورة − الحد الأقصى لسمك العبوة النهائية − العزل وسمك الحاجز − خلوص التجميع − بدل تغيير الأبعاد المخطط له

إذا تم استخدام الرغوة أو مادة احتجاز أخرى قابلة للضغط، فيجب أيضًا تضمين سمكها ونطاق الضغط المثبت لها.

وينطبق نفس المبدأ على العرض والطول:

الحد الأدنى للخلوص الجانبي = الحد الأدنى لبعد العلبة المتاح - الحد الأقصى لبعد البطارية - بدل التجميع والحركة المطلوب

يجب أن تظل النتيجة مقبولة في ظل أسوأ مجموعة مسموح بها من:

• تحمل سمك البطارية

• التسامح صب الضميمة

• تحمل سماكة الرغوة

• سمك اللاصق

• سمك التسمية والعزل

• موقف ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• موقف المسمار رئيس

• تعويض الجمعية

• تغير المواد المرتبطة بدرجة الحرارة

• التغيير المتوقع في أبعاد البطارية

لا تفترض أن كل شرط أقصى وأدنى محتمل بنفس القدر. قد يستخدم تحليل التسامح الرسمي التراص في أسوأ الحالات، أو التحليل الإحصائي، أو كليهما، اعتمادًا على مخاطر المنتج وحجم الإنتاج. يجب توثيق الطريقة المختارة.

قسم المقصورة إلى مناطق وظيفية

لا تصف قيمة الخلوص الواحدة مساحة البطارية بالكامل بشكل كافٍ. مناطق مختلفة تحتاج إلى علاج مختلف.

يجب أن يحدد رسم البطارية جسم الخلية الرئيسية، وحواف الختم، وPCM، ومخرج الكابل، والموصل، وأي مناطق ذات ضغط مقيد. يمكن أن يؤدي التعامل مع العبوة على أنها كتلة مستطيلة بسيطة إلى إخفاء نقاط التداخل المهمة.

حماية الحقيبة من الضغط المحلي

يجب ألا تستقر حقيبة LiPo على الحواف الحادة أو المثبتات المكشوفة أو الأسطح الخشنة أو النتوءات الصلبة الصغيرة.

تشمل نقاط الضغط المحتملة ما يلي:

• نصائح المسمار

• زعماء المسمار

• أضلاع مصبوبة بالحقن

• زوايا ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• يؤدي المكون

• المساكن موصل

• حواف الصفائح المعدنية

• رغوة غير محاذاة

• حبات لاصقة

• مقاطع الضميمة

• بقايا متبقية أثناء التجميع

يعد الضغط المحلي أكثر إثارة للقلق من الاتصال الواسع والموزع بالتساوي لأن القوة تتركز على مساحة صغيرة.

استخدم مناطق الابتعاد

تحديد مناطق الابتعاد حول:

• محيط الحقيبة

• حواف الختم

• علامات التبويب مطوية

• الانتقال من خلية إلى PCM

• مكونات PCM

• وصلات لحام الكابلات

• نقاط خروج الأسلاك

قد يظل الضلع الذي يظهر خاليًا من البطارية الاسمية ملامسًا لحزمة ذات حجم أقصى أو وحدة إنتاج منحرفة قليلاً. ولذلك يجب أن تشتمل مناطق الابتعاد على التسامح مع البطارية والتسامح في موضع التجميع.

قم بمراجعة العلبة المغلقة

تظهر العديد من مشكلات التداخل فقط بعد تجميع الجهاز بالكامل.

أثناء التحقق من التصميم، تأكد مما يلي:

• يُغلق الغطاء دون دفع البطارية للأسفل.

• السحابات لا تخلق الضغط على الخلية.

• لا يمكن احتجاز البطارية بين سطحين غير متطابقين.

• لا يستخدم PCB أو الشاشة البطارية كدعم هيكلي.

• لا يمر الكابل بين البطارية والحافة الصلبة.

• تبقى الرغوة في وضعها المقصود بعد الإغلاق.

• لا يتجمع اللاصق في سلسلة محلية صلبة.

• لا يمكن لأحمال السقوط أو الاهتزاز أن تدفع البطارية إلى وضع حاد.

يمكن أن تساعد العلب المقسمة، والأفلام الحساسة للضغط، والنماذج الأولية الشفافة، والمسح الضوئي للأبعاد، وعمليات فحص التفكيك الخاضعة للرقابة في الكشف عن نقاط الاتصال المخفية.

تصميم البيئة الحرارية المحيطة بالجهاز الحقيقي

حرارة البطارية لا تأتي فقط من الخلية. يمكن أن يؤدي المسار الحالي الكامل إلى توليد حرارة أثناء الشحن أو التفريغ أو بدء التشغيل أو أحمال الذروة المتكررة.

تشمل مصادر الحرارة المحتملة ما يلي:

• المقاومة الداخلية للخلية

• PCM أو BMS MOSFETs

• مكونات الصمامات والشعور الحالي

• وصلات النيكل

• الأسلاك

• محطات الموصل

• إلكترونيات الشاحن

• محولات الجهد

• المعالجات

• يعرض

• المحركات

• أجهزة الإرسال اللاسلكية

قد يحتفظ العلبة المغلقة بالحرارة التي قد تتبدد أثناء اختبار المقعد المفتوح. ولذلك ينبغي اختبار البطارية في الغلاف المخصص للإنتاج مع الإلكترونيات النهائية والرغوة والمواد اللاصقة ونظام الشحن وملف التشغيل.

تجنب استخدام البطارية كمشتت للحرارة

يمكن أن يؤدي وضع البطارية مباشرة على المعالج أو محول الطاقة أو الشاحن IC أو الإضاءة الخلفية للشاشة أو المحرك إلى نقل الحرارة الناتجة عن الجهاز إلى الخلية.

حيثما يكون عمليًا:

• افصل البطارية عن المكونات الرئيسية المولدة للحرارة.

• توفير مسار حراري محدد من الأجهزة الإلكترونية الساخنة إلى العلبة.

• تجنب توجيه الحرارة من خلال الحقيبة.

• لا تستخدم الحواجز الحرارية إلا بعد التحقق من تأثيرها على درجة الحرارة الإجمالية للحظيرة.

• أبقِ منطقة PCM بعيدًا عن مصادر الحرارة المركزة الأخرى.

• قم بتقييم الشحن أثناء تشغيل الجهاز إذا كان المنتج يدعمه.

قد تؤدي إضافة العزل حول البطارية إلى تقليل انتقال الحرارة المباشر من مكون قريب، ولكنها قد تؤدي أيضًا إلى احتجاز الحرارة الناتجة عن البطارية نفسها. ولذلك ينبغي تقييم التصميم الحراري كنظام كامل.

اختبار أسوأ الظروف ذات الصلة

يجب أن يغطي الاختبار الحراري الظروف التي يمكن أن تنتج أعلى درجة حرارة للبطارية أو المكونات بشكل معقول، مثل:

• الحد الأقصى للحمل المستمر المقصود

• تكرار عملية الذروة الحالية

• الشحن بأقصى تيار مسموح به

• الشحن أثناء نشاط الجهاز

• ارتفاع درجة الحرارة المحيطة

• ضوء الشمس المباشر أو مصدر حرارة خارجي، حيثما كان ذلك مناسبًا

• الحد الأدنى من التهوية

• حالة شحن البطارية منخفضة تحت الحمل الثقيل

• الخصائص الكهربائية للبطارية القديمة

• أقصى سماكة الرغوة أو العزل

• مواد الضميمة لغرض الإنتاج

قياس أكثر من درجة حرارة العلبة الخارجية. اعتمادًا على التصميم، قد تتضمن نقاط القياس ذات الصلة وجه الخلية، وPCM، والموصل، والأسلاك، ودائرة الشحن، وثنائي الفينيل متعدد الكلور القريب، وسطح اتصال المستخدم.

استشعار درجة حرارة الموقف عمدا

إذا كانت البطارية تستخدم الثرمستور NTC، فيجب أن يمثل موضعه درجة الحرارة التي يهدف نظام الشحن أو الحماية إلى التحكم فيها.

يفحص:

• مواصفات NTC ومنحنى المقاومة

• موقع الاستشعار

• الاتصال الحراري

• دبوس الموصل

• تفسير الجهاز

• حدود الشحن والتفريغ

• الاستجابة لجهاز استشعار مفتوح أو قصير

• تأخير درجة الحرارة بين الخلية والمستشعر

يوفر NTC إشارة درجة الحرارة. يجب على الشاحن أو الجهاز أو PCM أو BMS تفسير تلك الإشارة واتخاذ الإجراء المطلوب.

الاحتفاظ ليس هو نفسه الضغط

يجب منع البطارية من التحرك بشكل مفرط، ولكن تثبيتها في مكانها لا يتطلب ضغطًا صارمًا تلقائيًا.

يجب على المصممين التمييز بين:

• الخلوص: المساحة الخالية المطلوبة للتسامح أو التجميع أو تغيير الأبعاد

• الاحتفاظ: الميزات التي تحد من حركة البطارية أثناء الاستخدام العادي أو الاهتزاز أو أحداث السقوط

• التحميل المسبق: قوة أولية يتم التحكم فيها يتم تطبيقها بواسطة الرغوة أو مادة أخرى متوافقة

• الضغط: القوة المطبقة على أسطح الخلايا بواسطة الهيكل المثبت

يمكن أن تتداخل هذه الشروط، لكنها غير قابلة للتبديل.

عندما يكون الاحتفاظ المتوافق مفيدًا

يمكن للرغوة أو المطاط الصناعي المناسب أن:

• تناول تنوع التصنيع

• تقليل حركة البطارية

• توزيع الاتصال على مساحة واسعة

• حماية الحقيبة من الأسطح الصلبة القريبة

• امتصاص الصدمات الميكانيكية المحدودة

• استيعاب بعض التغيير الأبعاد

ومع ذلك، لا ينبغي اختيار الرغوة فقط بالسمك. إن سلوك انحراف القوة مهم.

يمكن أن تستخدم الرغوة السميكة والقاسية قوة مفرطة عند تركيبها في فجوة صغيرة. قد تتطلب الرغوة الناعمة جدًا مجموعة ضغط دائمة وتتوقف عن الاحتفاظ بالبطارية بعد الشيخوخة.

يقيم:

• سمك الرغوة الاسمية

• تحمل السماكة

• نطاق الضغط

• القوة عند الحد الأدنى والحد الأقصى للفجوات المثبتة

• مجموعة ضغط

• الاعتماد على درجة الحرارة

• سلوك الشيخوخة

• متطلبات القابلية للاشتعال

• التوافق الكيميائي

• السلوك اللاصق

• الاحتفاظ بالوضعية أثناء التجميع

قد تحدث حالة القوة القصوى مع البطارية الأكثر سمكًا والرغوة الأكثر سمكًا والحجرة الأصغر. قد تحدث حالة الحد الأدنى من الاحتفاظ مع أنحف البطارية، وأنحف الرغوة، وأكبر حجرة، والرغوة القديمة.

ويجب التحقق من كلا الشرطين.

تجنب الضغط المحلي أو غير المنضبط

تتضمن تصميمات الضغط الرديئة ما يلي:

• ضلع ضيق يضغط على وسط الحقيبة

• رئيس المسمار الاتصال وجه خلية واحدة

• مكون PCB صلب يضغط من خلال رغوة رقيقة

• وسادة رغوية صغيرة تنتج حمولة مركزة

• غطاء حاوية ينحني على الخلية بعد التثبيت

• تم تطبيق المادة اللاصقة بشكل غير متساو تحت البطارية

• موصل محصور بين الخلية والإسكان

• تغطي الرغوة جزءًا فقط من اتجاه التورم

إذا حدد مورد الخلية نطاق ضغط متحكم فيه، فيجب تصميم نظام التطويق والاحتفاظ والتحقق من صحته وفقًا لهذا المطلب. لا ينبغي نسخ قيم الضغط من خلية كيسية أو كيمياء أو حجم أو تطبيق مختلف تلقائيًا.

توفير بدل تورم مبرر

'بدل التورم' لا يعني أن البطارية الفاشلة بشكل واضح يجب أن تظل في الخدمة. وهذا يعني أن الحجرة مصممة وفقًا لسلوك الأبعاد المتوقع على مدار عمر التشغيل المعتمد مع تجنب الضغط الضار على البطارية والمكونات المجاورة.

يمكن أن يتغير سمك خلية الحقيبة بسبب عدة آليات:

• تغييرات عكسية أثناء الشحن والتفريغ

• التوسع المرتبط بدرجة الحرارة

• نمو سمك تدريجي مرتبط بالشيخوخة

• توليد الغاز المرتبط بالتدهور أو الظروف غير الطبيعية

لا ينبغي التعامل مع هذه الآليات كحالة واحدة متطابقة.

ويختلف التغير البسيط المتوقع في السُمك ضمن الحدود المعتمدة عن التورم غير الطبيعي المصحوب بنمو سريع أو حرارة غير عادية أو رائحة أو تسرب أو تشوه في الغلاف أو فقدان الأداء. يجب أن يكون لدى المنتج معايير فحص وخدمة محددة لظروف البطارية غير الطبيعية.

لا تستخدم نسبة التورم العالمية

يعتمد البدل المطلوب على عوامل مثل:

• كيمياء الخلية

• تصميم القطب

• سمك الاسمي

• الحد الأقصى لجهد الشحن

• نطاق حالة الشحن

• الشحن والتفريغ الحالي

• درجة حرارة التشغيل

• درجة حرارة التخزين

• الوقت المستغرق في حالة الشحن العالية

• هدف دورة الحياة

• هدف حياة التقويم

• الضغط المطبق

• اختلاف تصنيع الخلايا

• معايير نهاية الحياة

يجب على مورد البطارية تقديم حدود الأبعاد المعمول بها أو بيانات الاختبار للخلية المقترحة وظروف الاستخدام. إذا لم يتمكن المورد من تقديم معلومات كافية، فيجب على فريق التصميم تحديد البدل من خلال التحكم في التقادم والتحقق من صحة الجهاز.

ضع في اعتبارك ما يمكن أن تضغط عليه البطارية

في حالة زيادة السُمك، حدد المكون الذي يستقبل الحمل.

تشمل العواقب المحتملة ما يلي:

• رفع العرض

• تشوه الغطاء

• ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• إزاحة الموصل

• فصل لاصق

• فقدان الختم البيئي

• زيادة الضغط على الحقيبة

• صعوبة فتح العلبة

• الضرر أثناء إزالة البطارية

يجب ألا تقوم الحجرة بنقل توسعة البطارية مباشرة إلى شاشة هشة، أو ميزة PCB حادة، أو أداة تثبيت صلبة.

عند الاقتضاء، استخدم المواد المتوافقة واتجاه التوسع المحدد. تأكد من أن محيط الحقيبة ومناطق الختم تظل محمية مع تغير الأبعاد.

حساب للمواد اللاصقة والرغوة والعزل

تؤثر مواد التركيب على التصميم الميكانيكي والحراري.

لاصق

يمكن أن يمنع اللاصق الحركة، ولكنه قد يؤدي أيضًا إلى:

• أضف سمكًا غير مخطط له

• إنشاء سطح دعم غير مستو

• جعل إزالة الخدمة صعبة

• تلف الحقيبة أثناء الإزالة

• تفقد قوتها عند درجة حرارة مرتفعة

• زحف تحت الحمل طويل الأمد

• منع المسار الحراري المطلوب

إذا كانت البطارية قابلة للصيانة، فقم بتضمين طريقة إزالة يتم التحكم فيها مثل علامة تبويب سحب يمكن الوصول إليها أو ميزة تحرير أخرى معتمدة. يجب ألا تطوي قوة الإزالة واتجاهها الحقيبة أو تثقبها أو تثنيها بشكل حاد.

رغوة

يجب أن توفر الرغوة اتصالًا واسعًا ويمكن التنبؤ به. يمكن أن تخلق الفوط الصغيرة أحمالًا محلية عالية وقد تؤدي إلى إمالة العبوة أثناء التجميع.

توثيق الرغوة:

• مادة

• درجة

• سماكة

• كثافة

• بيانات الصلابة أو انحراف القوة

• لاصق

• موقع

• منطقة

• توجيه

• نطاق الضغط

'أضف الرغوة حسب الحاجة' ليست من مواصفات تركيب البطارية الجاهزة للإنتاج.

العزل والحواجز

قد يكون العزل مطلوبًا بين البطارية والأسطح الموصلة أو الكاشطة. يجب أن يتضمن التصميم سُمكها وتغطية حوافها وتصنيف درجة الحرارة ومقاومتها لأضرار التجميع.

لا يمكن للطبقة الرقيقة التي تتحرك أثناء التجميع أن تحمي الحقيبة بشكل موثوق. يجب أن يتحكم التصميم في موضعه ويمنع الطيات أو الحواف المكشوفة.

صمم مساحة الكابل والموصل بشكل منفصل

لا ينبغي التعامل مع الكابل كجزء من المساحة الحرة حول البطارية.

يجب أن توفر المقصورة:

• مسار كابل محدد

• نصف قطر الانحناء الكافي

• تخفيف الضغط

• التخليص من الحواف الحادة

• مساحة لمشاركة الموصل

• الحماية من مقاطع الضميمة والمسامير

• الوصول للتجميع

• الحماية من الثني المتكرر

• الاتجاه الصحيح للموصل

• قطبية والتحكم في pinout

لا تقم بإدخال سلك زائد بالقوة أسفل الحقيبة إلا إذا كانت تصميمات البطارية والجهاز تسمح بذلك على وجه التحديد. يمكن للكابل الملتف أن يخلق نقطة ضغط ويجعل موضع البطارية غير متناسق.

يجب أيضًا أن يظل مخرج الكابل واضحًا إذا تغير سمك البطارية. وبخلاف ذلك، قد يؤدي التوسيع إلى سحب السلك أو الضغط على وصلة اللحام أو تحريك الموصل.

حافظ على مناطق الختم وعلامات التبويب خالية من الأحمال الهيكلية

يتطلب الختم العلوي والأختام الجانبية والحواف المطوية وانتقال علامة التبويب اهتمامًا خاصًا.

يتجنب:

• طي حاد للختم

• لقط عبر منطقة علامة التبويب

• سحب علامات التبويب من خلال الكابل

• تحديد موقع رئيس المسمار بجانب حافة الحقيبة

• استخدام الختم كنقطة توقف لتحديد المواقع

• توجيه كابل على حافة مطوية

• تطبيق مادة لاصقة حيث يعيق هندسة الختم المقصود

يجب أن تعمل نقاط التوقف الميكانيكية في المناطق المعتمدة وتوزع الأحمال بشكل مناسب. يجب أن يحدد رسم المورد المناطق التي يكون فيها الضغط أو الانحناء أو المادة اللاصقة مقيدًا.

عملية تصميم حجرة بطارية LiPo العملية

الخطوة 1: تحديد متطلبات الجهاز

وثيقة:

• المساحة المتوفرة ثلاثية الأبعاد

• القدرة المطلوبة ووقت التشغيل

• الجهد الاسمي

• المستمر والذروة الحالية

• طريقة الشحن والتيار

• درجات حرارة التشغيل والتخزين

• العمر المتوقع للمنتج

• عملية التجميع

• متطلبات السقوط والاهتزاز

• إمكانية الخدمة

• الأسواق المستهدفة والمتطلبات المعمول بها

الخطوة 2: الحصول على رسم الحزمة النهائية

اطلب رسمة تحتوي على:

• الحد الأقصى للسمك والعرض والطول

• التحمل الأبعاد

• موقع PCM

• الحد الأقصى للتوقعات المحلية

• مناطق الختم وعلامة التبويب

• مخرج الكابل

• طول السلك

• موصل

• التسمية والعزل

• شروط القياس

• مناطق الضغط المحدود

زيرن يمكن أن تشتمل حلول بطاريات Li-polymer المخصصة على اختيار الخلايا، وPCM أو BMS، وNTC، والأسلاك، والموصلات، والعزل، وأبعاد العبوة حول المتطلبات الكهربائية والميكانيكية لجهاز OEM.

الخطوة 3: بناء نموذج التسامح

يقارن:

• الحد الأقصى للبطارية النهائية

• الحد الأدنى من مساحة العلبة

• تفاوتات الرغوة والمواد اللاصقة

• موقف الجمعية

• مناطق الابتعاد

• طريق الكابل

• بدل تغيير الأبعاد

قم بإجراء التحليل بشكل منفصل لمعرفة مناطق السُمك والعرض والطول وPCM والكابلات والموصلات.

الخطوة 4: مراجعة مسارات الضغط والحرارة

تعريف:

• كل سطح قد يلمس البطارية

• كل مكون قد يضغط على البطارية بعد إغلاقها

• حالة الرغوة ذات القوة الأعلى

• مصادر الحرارة القريبة

• المسارات الحرارية المقصودة

• موقف استشعار درجة الحرارة

• الاتجاه المتاح لتغيير الأبعاد

الخطوة 5: بناء نماذج أولية لغرض الإنتاج

استخدام الممثل:

• عينات البطارية

• مواد الضميمة

• رغوة

• لاصق

• ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• عرض

• السحابات

• توجيه الكابل

• شاحن

• البرامج الثابتة للجهاز

قد يساعد الغلاف المطبوع ثلاثي الأبعاد في عمليات فحص الملاءمة المبكرة، ولكن قد تختلف صلابته وسلوكه الحراري وتفاوتاته عن غلاف الإنتاج.

الخطوة 6: اختبار شروط التسامح المتعددة

حيثما يكون ذلك عمليًا، قم بتقييم المجموعات التي تمثل:

• الحد الأقصى للحجم للبطارية في حجرة الحجم الأدنى

• الحد الأدنى لحجم البطارية في المقصورة ذات الحجم الأقصى

• الحد الأقصى لسمك الرغوة

• الحد الأدنى من احتباس الرغوة بعد الشيخوخة

• البطارية في حالات الشحن ذات الصلة

• درجات حرارة التشغيل العالية والمنخفضة

• موقف التجمع المتطرف

الخطوة 7: التحقق من صحة المنتج الكامل

قد تشمل الاختبارات ذات الصلة ما يلي:

• إغلاق التجميع والعلبة

• الفحص البصري بعد التجميع

• السقوط والاهتزاز

• الشحن

• الحد الأقصى للحمل المستمر

• تكرار أحمال الذروة

• ارتفاع درجة الحرارة

• الاحتفاظ بالكابل

• الوصول إلى الموصل

• شيخوخة الرغوة

• ركوب الدراجات الحرارية

• إزالة البطارية

• تسارع الشيخوخة

• فحوصات أبعاد دورة الحياة

• فحص أبعاد التخزين

قم بقياس البطارية قبل وبعد الاختبار ذي الصلة وافحص علامات الضغط، وتلف الحقيبة، وتآكل الكابل، وإزاحة الرغوة، وفشل المادة اللاصقة، وتشوه العلبة.

الخطوة الثامنة: تجميد البناء المعتمد

يتحكم:

• رقم جزء البطارية ومراجعته

• الحد الأقصى للأبعاد النهائية

• نموذج الخلية

• PCM أو BMS

• موصل وسلك

• مواصفات الرغوة

• مواصفات لاصقة

• العزل

• موقف التركيب

• طريق الكابل

• أبعاد الضميمة

• طريقة التفتيش

• حدود القبول

زيرن يغطي نظام مراقبة جودة بطارية ليثيوم بوليمر تتبع الخلايا، والفحص الهيكلي، ومراقبة العمليات، والتحقق من الأداء النهائي. يجب أن تكون ضوابط الإنتاج هذه مرتبطة بخصائص البطارية التي تم تحديدها على أنها مهمة أثناء تصميم المقصورة.

الأخطاء الشائعة في تصميم حجرة البطارية

قائمة مراجعة تصميم حجرة البطارية

مغلف البطارية

• تم تأكيد الحد الأقصى لسمك العبوة النهائية

• تم تأكيد الحد الأقصى للعرض والطول

• تم تضمين إسقاط PCM

• يتضمن الملصق والشريط والعزل

• يتضمن مخرج الكابل ومغلف الموصل

• شروط القياس موثقة

التخليص والتسامح

• تم تأكيد الحد الأدنى لأبعاد العلبة

• تم تحليل تفاوتات البطارية والعلبة

• يتضمن التسامح مع موضع التجميع

• تم تحديد مناطق الابتعاد

• تم تأكيد الحد الأدنى لتخليص التجميع

• بدل تغيير أبعاد عمر الخدمة له ما يبرره

الحماية الميكانيكية

• لا توجد حواف حادة بالقرب من الحقيبة

• لا يوجد اتصال المسمار أو الضلع

• مناطق الختم وعلامة التبويب محمية

• يتم التحكم في حركة البطارية

• تم تقييم أحمال السقوط والاهتزاز

• يمكن تركيب البطارية بدون قوة

• يمكن إزالة البطارية دون تلف الحقيبة

الرغوة واللاصق

• مادة الرغوة والدرجة المحددة

• تم تقييم الحد الأقصى والحد الأدنى للضغط

• تمت مراجعة مجموعة الشيخوخة والضغط

• منطقة الاتصال واسعة ويمكن التحكم فيها

• سمك اللاصق متضمن

• تمت مراجعة سلوك درجة حرارة المادة اللاصقة

• تم تحديد طريقة الإزالة عند الاقتضاء

التصميم الحراري

• تم تحديد مصادر الحرارة القريبة

• لا يتم استخدام البطارية كمشتت للحرارة

• تم تقييم درجة حرارة PCM

• تم تقييم درجة حرارة الشحن

• تم تقييم درجة حرارة الحمل القصوى

• تم اختبار حاوية نية الإنتاج

• تم التحقق من موقع مستشعر درجة الحرارة

كابل وموصل

• تم تحديد مسار الكابل

• نصف قطر الانحناء مقبول

• تخفيف الضغط المقدمة

• لا يمكن قرص الكابل

• يمكن تجميع الموصل وصيانته

• تم التحقق من القطبية والدبابيس

• لا يمكن للتوسيع سحب الكابل

التحقق من الصحة والإنتاج

• تم اختبار عينات بطارية متعددة

• تمت مراجعة مجموعات التسامح الأسوأ

• العلب المخصصة للإنتاج المستخدمة

• قياس الشيخوخة أو الأبعاد المتعلقة بالدورة

• تم الانتهاء من عمليات فحص السقوط والاهتزاز

• تم تجميد مراجعات البطارية والعلبة المعتمدة

• يتم التحكم في الرغوة والمواد اللاصقة والعزل

• تم تحديد متطلبات الإخطار بتغيير المورد

معلومات لإرسال مورد بطارية LiPo

لدعم اختيار البطارية ومراجعة المقصورة، قم بتوفير ما يلي:

• رسم مساحة البطارية المتاحة

• الحد الأدنى من الأبعاد الداخلية

• المناطق المحظورة والمكونات القريبة

• سعة البطارية المستهدفة

• الجهد الاسمي

• تيار مستمر

• حجم الذروة الحالية والمدة والتردد

• شحن الجهد والتيار

• هدف وقت التشغيل

• درجات حرارة التشغيل والتخزين

• هدف حياة المنتج

• متطلبات الموصل والأسلاك

• متطلبات PCM أو BMS أو NTC

• ظروف السقوط والاهتزاز

• طريقة التركيب

• اقتراح رغوة أو مادة لاصقة

• متطلبات صلاحية الخدمة

• حجم الإنتاج المتوقع

• الأسواق المستهدفة ومتطلبات الامتثال

يعد نموذج العلبة ثلاثي الأبعاد مفيدًا، ولكن الرسم الواضح ثنائي الأبعاد مع الأبعاد والتفاوتات وطرق عرض الأقسام ومواقع البراغي ومناطق الحماية قد يكون أكثر فعالية للمراجعة المبكرة.

خاتمة

تم تصميم حجرة بطارية LiPo الموثوقة حول نظام البطارية الكامل، وليس الحجم الاسمي لخلية الحقيبة.

يجب أن يوفر التصميم مساحة كافية لتفاوتات العبوة النهائية، والتجميع، وتوجيه الكابلات، وتغيير أبعاد عمر الخدمة المبرر. وفي الوقت نفسه، يجب أن يمنع الحركة المفرطة، والضغط المركز، والضغط غير المنضبط، والتعرض للحرارة من الأجهزة الإلكترونية القريبة.

تؤثر الرغوة والمواد اللاصقة والعزل وأضلاع التغليف والمثبتات وتوجيه الكابلات على بيئة البطارية النهائية. ويجب تحديد هذه التفاصيل والتحقق من صحتها بدلاً من تركها لتعديل خط الإنتاج.

والأهم من ذلك، أنه لا يوجد خلوص عالمي، أو قوة ضغط، أو بدل تورم ينطبق على كل بطارية LiPo. يجب أن تستند القيم النهائية إلى الخلية المحددة، وبناء العبوة النهائية، وملف تعريف التشغيل، ونطاق درجة الحرارة، وهدف عمر المنتج، وبيانات المورد، والاختبار في جهاز غرض الإنتاج.

من خلال مراجعة هذه العوامل قبل تجميد تصميم العلبة، يمكن لفرق تصنيع المعدات الأصلية تقليل مشاكل الملاءمة في المرحلة المتأخرة، وحماية الحقيبة أثناء التجميع والاستخدام، وإنشاء مسار أكثر موثوقية من أخذ عينات البطارية إلى الإنتاج الضخم.

الأسئلة المتداولة

ما مقدار الخلوص الذي يجب أن تتمتع به حجرة بطارية LiPo؟

لا توجد قيمة تصفية عالمية. يجب حساب الحجرة باستخدام الحد الأقصى لأبعاد العبوة النهائية، والحد الأدنى من أبعاد العلبة، ومتطلبات التجميع، وتفاوتات الرغوة أو المادة اللاصقة، ومساحة الكابل، والسماح المبرر لتغيير الأبعاد خلال العمر المقصود للمنتج.

هل ينبغي تركيب بطارية LiPo بإحكام في العلبة؟

يجب الاحتفاظ بالبطارية دون الضغط غير المنضبط أو الضغط المحلي. يمكن أن يصبح الملاءمة الضيقة التي تعتمد فقط على الأبعاد الاسمية مفرطة عندما تصل تفاوتات البطارية والرغوة والغلاف إلى أسوأ حالاتها.

هل تحتاج بطارية LiPo إلى الضغط؟

تستخدم بعض تطبيقات الخلايا الحقيبةية ضغطًا متحكمًا فيه، بينما تستخدم تطبيقات أخرى احتجازًا متوافقًا مع خلوص محدد. يعتمد النهج الصحيح على تصميم الخلية وحجمها وكيميائها ومتطلبات المورد وملف تعريف الحمل والعمر المقصود. لا تقم بنسخ قيمة ضغط من خلية غير مرتبطة.

هل يمكن وضع الرغوة مباشرة على بطارية LiPo؟

يمكن استخدام الرغوة المناسبة لتوزيع حركة التلامس والتحكم، ولكن يجب تقييم المادة والمساحة والسمك وقوة الضغط وسلوك درجة الحرارة وخصائص التقادم. يمكن أن تؤدي وسادة الرغوة الصغيرة أو شديدة الصلابة إلى خلق ضغط مركّز.

كيف يجب أن أسمح بتورم بطارية LiPo؟

استخدم بيانات أبعاد المورد واختبارات التقادم الخاصة بالتطبيقات لتحديد المخصص. ضع في اعتبارك حالة الشحن ودرجة الحرارة وعمر الدورة والتخزين وجهد الشحن والحمل والضغط المطبق. لا تعتمد على نسبة عامة.

هل كل تغير في سماكة خلية الحقيبة هو علامة على الفشل؟

ليس بالضرورة. يمكن أن تواجه خلايا الحقيبة تغييرات محدودة في الأبعاد قابلة للعكس ومرتبطة بالشيخوخة. ينبغي التعامل مع التورم السريع أو المفرط، أو الحرارة، أو التسرب، أو الرائحة، أو تشوه العلبة، أو الأداء غير الطبيعي على أنها حالة غير طبيعية محتملة والتعامل معها وفقًا لإجراءات السلامة والخدمة الخاصة بالمنتج.

هل يمكن تركيب البطارية تحت ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو الشاشة؟

قد يكون ذلك ممكنًا، ولكن يجب أن يمنع التصميم توسع البطارية أو أحمال العلبة من ثني لوحة PCB أو رفع الشاشة أو الضغط على المكونات داخل الحقيبة. لا ينبغي أن تصبح المكونات الهشة والحادة بمثابة توقفات هيكلية للبطارية.

هل يجب علي اختبار ملاءمة البطارية عند حالة شحن معينة؟

وينبغي تحديد شروط القياس والتحقق من الصحة مع المورد. قد تختلف أبعاد البطارية باختلاف حالة الشحن ودرجة الحرارة والعمر، لذا فإن فحص بطارية جديدة واحدة فقط في حالة شحن غير محددة ليس كافيًا.

لماذا تتناسب البطارية أثناء وضع النماذج الأولية ولكن ليس أثناء الإنتاج؟

تشمل الأسباب المحتملة تحمل البطارية، أو تحمل قالب العلبة، أو موضع PCM، أو اختلاف الرغوة، أو سمك المادة اللاصقة، أو توجيه الكابل، أو سمك الملصق، أو إزاحة التجميع، أو الاختلافات بين النموذج الأولي ومواد الإنتاج.

هل يجب تخزين سلك البطارية الزائد أسفل الحقيبة؟

يجب تجنب ذلك بشكل عام ما لم يتم تصميم العبوة والمقصورة خصيصًا لهذا التوجيه. يمكن أن يؤدي وجود سلك أو موصل موجود أسفل الحقيبة إلى إنشاء نقطة ضغط ويجعل ارتفاع البطارية المثبتة غير متسق.

كيف يمكنني التحقق مما إذا كان الغلاف يضغط على البطارية؟

قارن قياسات الأبعاد قبل وبعد إغلاق العلبة، وافحص الغشاء الحساس للضغط عند الاقتضاء، وافحص البطارية بحثًا عن علامات التلامس، وراجع انحراف الغلاف الناتج عن أداة التثبيت، واختبر الحد الأقصى للبطارية والحد الأدنى لظروف تحمل المقصورة.

متى يجب تجميد تصميم حجرة البطارية؟

قم بتجميد التصميم بعد اجتياز البطارية المخصصة للإنتاج، والغلاف، والرغوة، والمواد اللاصقة، والعزل، ومسار الكابل، والشاحن، وأجهزة الجهاز للتحقق من الصحة الميكانيكية والكهربائية والحرارية والبيئية والشيخوخة والتجميع المطلوبة.