قائمة مراجعة تصميم بطارية الليثيوم المخصصة لمشاريع تصنيع المعدات الأصلية

نادرًا ما يفشل مشروع بطارية الليثيوم المخصصة لأن المشتري لا يعرف السعة المطلوبة. في كثير من الأحيان، تبدأ المشاكل عندما تكون المواصفات الأولية غير مكتملة.

قد يقوم فريق تصنيع المعدات الأصلية بتوفير الجهد والسعة المستهدفين ولكنه يتجاهل حجرة البطارية أو ذروة التيار أو موضع الموصل أو طريقة الشحن أو درجة حرارة التشغيل أو متطلبات الحماية. يجوز للمورد بعد ذلك إعداد عرض أسعار بناءً على الافتراضات. يمكن لهذه الافتراضات أن تخلق مشاكل أثناء أخذ العينات أو تكامل الأجهزة أو الإنتاج الضخم.

ولذلك يجب أن تبدأ عملية تصميم البطارية المخصصة العملية بموجز كامل للمشروع. الهدف ليس جعل المشتري يقرر كل التفاصيل الفنية بمفرده. الهدف هو توفير معلومات موثوقة كافية للشركة المصنعة لتقييم الجدوى والتوصية ببنية مناسبة للبطارية وتحديد المتطلبات التي لا تزال بحاجة إلى تأكيد.

تغطي قائمة المراجعة هذه المعلومات الرئيسية المطلوبة قبل طلب عرض أسعار أو عينة بطارية مخصصة.

إجابة سريعة: ما هي المعلومات المطلوبة لبطارية الليثيوم المخصصة؟

يجب على مشتري OEM عادةً إعداد المعلومات التالية:

كلما كانت معلومات المشروع أكثر اكتمالا، كان من الأسهل تقييم بطارية ليثيوم أيون مخصصة قبل التصميم والاقتباس وأخذ العينات والإنتاج.

1. حدد تطبيق البطارية أولاً

ينبغي تصميم البطارية حول الجهاز بدلاً من تحديدها كمكون معزول.

ابدأ بالوصف:

• ما يفعله الجهاز؛

• كم مرة تعمل؛

• سواء كان يعمل بشكل مستمر أو متقطع؛

• ما إذا كان لديه أوضاع الاستعداد والنشطة؛

• سواء كانت محمولة أو ثابتة أو يمكن ارتداؤها أو صناعية؛

• ما إذا كانت البطارية قابلة للاستبدال أو مثبتة بشكل دائم؛

• ما إذا كان الجهاز يتصل لاسلكيًا؛

• ما إذا كانت البطارية معرضة للاهتزاز أو التأثير أو الرطوبة أو تغيرات درجة الحرارة.

على سبيل المثال، قد يقضي جهاز تعقب GPS معظم وقته في وضع الاستعداد ولكنه يتطلب فترات قصيرة من التيار العالي لتحديد الموقع ونقل البيانات. قد يتطلب الجهاز الطبي مخرجات مستقرة وحماية يتم التحكم فيها بعناية. قد يولي المنتج القابل للارتداء أهمية أكبر للسمك والوزن والمرونة والراحة.

تساعد معلومات التطبيق الشركة المصنعة على تقييم العلاقة بين السعة والطلب الحالي والحجم والحماية ووقت التشغيل المتوقع.

2. تأكيد متطلبات الجهد

الجهد هو أحد المواصفات الأولى التي يجب تأكيدها.

يجب أن تميز المواصفات بين:

• الجهد الاسمي.

• جهد التشغيل العادي

• جهد الشحن الكامل؛

• قطع الجهد.

• نطاق جهد إدخال الجهاز؛

• متطلبات إخراج الشاحن.

قد يتم تصميم الجهاز حول بطارية أحادية الخلية أو بطارية متعددة الخلايا. قد يؤثر الجهد المطلوب على تكوين الخلية ودائرة الحماية ونظام الشحن والموصل واستراتيجية إدارة البطارية.

لا تقدم عبارة مثل 'بطارية 12 فولت' فقط دون توضيح كيفية استخدام الجهاز والشاحن لهذا الجهد. تحتاج الشركة المصنعة أيضًا إلى معرفة ما إذا كان الجهاز يقبل تغير الجهد أثناء التفريغ وما إذا كان الإخراج المنظم مطلوبًا.

قد يؤدي عدم تطابق الجهد إلى:

• عدم توافق الشحن؛

• اغلاق الجهاز.

• انخفاض القدرة القابلة للاستخدام؛

• الإفراط في الطلب الحالي.

• تفعيل الحماية

• متطلبات إضافية لتحويل الطاقة.

ولذلك ينبغي مراجعة الجهد الكهربي جنبًا إلى جنب مع تصميم مدخلات الطاقة والشحن للجهاز.

3. تحديد متطلبات السعة والطاقة

يتم التعبير عن السعة عادةً بالمللي أمبير/ساعة، أو mAh. يمكن أن تدعم السعة الأكبر وقت تشغيل أطول، ولكنها قد تزيد أيضًا من حجم البطارية ووزنها وتكلفتها ووقت الشحن.

قم بتقديم المعلومات التالية حيثما أمكن ذلك:

• السعة المطلوبة بـ mAh أو Ah؛

• وقت التشغيل المستهدف؛

• متوسط ​​التشغيل الحالي.

• الاستعداد الحالي.

• مدة الذروة الحالية.

• دورة العمل؛

• احتياطي البطارية المتوقع؛

• تردد الشحن

• وزن البطارية مقبول.

بالنسبة لتطبيقات الطاقة الأعلى، قد يكون من المفيد أيضًا مناقشة الطاقة بالواط/ساعة:

الطاقة (Wh)=الجهد الاسمي (V)×السعة (Ah)

لا يعتمد وقت تشغيل البطارية القابل للاستخدام على قدرتها الاسمية فحسب، بل يعتمد أيضًا على حمل الجهاز ودرجة حرارة التشغيل ومعدل التفريغ وإعدادات القطع وظروف الشحن وكفاءة النظام.

لا ينبغي لمواصفات OEM المفيدة أن تنص ببساطة على ما يلي:

البطارية المطلوبة: 3.7 فولت، 2000 مللي أمبير.

يجب أن يوضح:

يتطلب الجهاز بطارية قابلة لإعادة الشحن ذات جهد اسمي متوافق مع النظام، وسعة مستهدفة تبلغ حوالي 2000 مللي أمبير في الساعة، وتيار تشغيل محدد، ومتطلبات تيار الذروة، والحد الأدنى من وقت التشغيل المتوقع في ظل ظروف تشغيل محددة.

يجب تأكيد السعة النهائية من خلال اختبار العينة بدلاً من اختيارها فقط من قيمة الكتالوج.

4. تعريف التيار العادي والمستمر والذروة

يؤثر الطلب الحالي على اختيار الخلايا، وانخفاض الجهد، والمقاومة الداخلية، وإعدادات الحماية، والسلوك الحراري.

يجب أن يفصل ملخص التصميم ما يلي:

• تيار التشغيل العادي

• الحد الأقصى الحالي المستمر.

• الذروة الحالية.

• بدء التشغيل أو التدفق الحالي.

• مدة الذروة الحالية.

• تواتر أحداث الذروة؛

• الشحن الحالي.

قد يظل الجهاز الذي يستهلك تيارًا متوسطًا منخفضًا بحاجة إلى بطارية قادرة على توفير تيار أعلى بكثير على المدى القصير. إذا لم يتم تحديد ذلك أثناء مرحلة التصميم، فقد تتعرض البطارية لترهل الجهد الزائد أو تؤدي إلى حماية من التيار الزائد.

يجب وصف ذروة التيار بفترة زمنية. على سبيل المثال:

• 2 أ للتشغيل العادي؛

• 5 الذروة لمدة 3 ثواني؛

• يتكرر حدث الذروة مرة واحدة كل 10 دقائق.

تعتبر هذه المعلومات أكثر فائدة من العبارات العامة مثل 'بطارية ذات تيار عالٍ'.

5. قم بقياس مساحة البطارية المتوفرة

يعد الملاءمة الميكانيكية جزءًا أساسيًا من تصميم البطارية المخصصة.

تقديم رسم أو نموذج ثلاثي الأبعاد أو قياسات دقيقة لحجرة البطارية، بما في ذلك:

• الحد الأقصى للطول؛

• أقصى عرض؛

• أقصى سمك؛

• الارتفاع المتاح

• اتجاه التثبيت

• نقاط التركيب

• طريقة الاحتفاظ

• التخليص حول البطارية.

• مساحة للوحة الحماية؛

• مساحة للموصل والأسلاك.

• توجيه الكابل؛

• الوصول للاستبدال أو التفتيش.

لا تقيس فقط المقصورة الفارغة. يجب أن يأخذ التصميم أيضًا في الاعتبار:

• العزل؛

• مواد الحماية

• ارتفاع الموصل

• نصف قطر انحناء الكابل؛

• التسامح التصنيع.

• تصريح التجميع؛

• تبديد الحرارة.

• الضغط الميكانيكي

• الاختلاف المحتمل في الأبعاد أثناء الإنتاج.

بالنسبة للمنتجات صغيرة الحجم، قد يؤدي الاختلاف في موضع الموصل أو اتجاه مخرج الكابل إلى منع تركيب البطارية حتى عندما تظهر أبعاد الخلية بشكل صحيح.

زيرن يمكن تقييم حلول بطاريات الليثيوم المخصصة وفقًا للأبعاد والسعة ونظام الحماية والموصل وشروط التطبيق المطلوبة. لا يزال التصميم النهائي بحاجة إلى التأكيد على غلاف الجهاز الفعلي.

6. حدد شكل البطارية وهيكلها

قد تستخدم بطارية الليثيوم المخصصة تنسيقًا مستطيلًا قياسيًا، أو تنسيقًا رفيعًا، أو تصميمًا منحنيًا، أو أي شكل آخر يناسب الجهاز.

يجب أن تحدد المواصفات ما إذا كانت البطارية تحتاج إلى:

• شكل مستطيل قياسي.

• هيكل رقيق ومسطح.

• شكل منحني أو على شكل؛

• حزمة بطارية متعددة الخلايا؛

• حالة قابلة للإزالة.

• ضميمة جامدة.

• هيكل تركيب مخصص؛

• اتجاه خلية معينة.

يجب أن يعتمد الاختيار على هيكل الجهاز ومتطلبات الإنتاج. قد يؤدي الشكل المخصص بالكامل إلى تحسين استخدام المساحة، ولكنه قد يؤثر أيضًا على الأدوات والتجميع والفحص والتعبئة واتساق الإنتاج.

بالنسبة للمقصورة المستطيلة العادية، قد يكون الهيكل القياسي أكثر عملية. بالنسبة للأجهزة غير المنتظمة أو المدمجة للغاية، قد توفر البطارية ذات الشكل أو الرفيعة تكاملًا أفضل.

قبل الالتزام بهيكل مخصص بالكامل، يمكن لفرق تصنيع المعدات الأصلية أيضًا مقارنة المفاضلات بين أ بطارية ليثيوم مخصصة وحزمة بطارية جاهزة للاستخدام.

يجب أن يحدد التصميم أيضًا ما إذا كانت حزمة البطارية تتطلب ما يلي:

• اتصال السلسلة؛

• اتصال متوازي

• التكوين الموازي للسلسلة.

• مطابقة الخلايا؛

• مجلس حماية منفصل؛

• نظام إدارة المباني (BMS) القائم على الاتصالات.

7. حدد الموصل والأسلاك

يعد الموصل جزءًا من واجهة البطارية ويجب تأكيده قبل أخذ العينات.

يمد:

• العلامة التجارية أو سلسلة الموصل، إذا لزم الأمر؛

• عدد الدبابيس

• اتجاه الموصل؛

• موقع الموصل؛

• طول الكابل؛

• مقياس الأسلاك

• اتجاه خروج السلك.

• قطبية؛

• متطلبات التوازن الرصاص.

• ترتيب شحن الرصاص وتفريغ الرصاص.

قد تحتوي البطارية على الجهد والسعة الصحيحين ولكنها لا تزال تفشل في تكامل الجهاز لأن الموصل غير متوافق مع اللوحة الرئيسية أو لأن الكابل يخرج من الجانب الخطأ.

يجب مراجعة الموصل مع:

• المساحة المتوفرة؛

• اتجاه الإدراج.

• طريقة القفل

• ظروف الاهتزاز

• تسلسل التجميع

• متطلبات الخدمة؛

• التيار المطلوب .

لمزيد من التفاصيل حول اعتبارات الموصل، راجع موصلات بطارية LiPo وخيارات الأسلاك المخصصة.

8. تحديد متطلبات PCM وBMS واستشعار درجة الحرارة

يجب اختيار نظام الحماية وفقًا لبنية البطارية ومتطلبات الجهاز.

يجب أن يوضح ملخص التصميم ما إذا كان المشروع يحتاج إلى:

• حماية فاحش.

• حماية الإفراط في التفريغ.

• الإفراط في الحماية الحالية.

• حماية ماس كهربائى.

• مراقبة درجة الحرارة.

• موازنة الخلايا.

• معلومات حالة الشحن؛

• وظائف الاتصال؛

• التحكم في الشحن والتفريغ؛

• واجهة بطارية ذكية.

قد تستخدم البطارية أحادية الخلية دائرة حماية ذات وظائف بسيطة نسبيًا. قد تتطلب حزمة البطارية متعددة الخلايا نظام إدارة أعمال أكثر تقدمًا لمراقبة الخلايا أو موازنةها أو تسجيل الأخطاء أو الاتصال أو تكامل النظام.

يجب على المشتري أيضًا شرح دور نظام الحماية:

• هل الشاحن يتم التحكم فيه عن طريق البطارية؟

• هل يحتاج الجهاز إلى معلومات حالة البطارية؟

• هل مطلوب NTC؟

• هل يتصل الجهاز عبر SMBus أو CAN أو بروتوكول آخر؟

• هل يجب أن يكون نظام إدارة المباني موجودًا داخل أو خارج حاوية البطارية؟

للحصول على شرح عام لاختيار نظام الحماية، قم بالارتباط بـ PCM مقابل BMS لبطاريات LiPo.

9. وصف بيئة التشغيل

يمكن أن يتغير أداء البطارية ومتطلبات التصميم بشكل كبير مع بيئة التشغيل.

يجب أن تشمل المواصفات ما يلي:

• نطاق درجة حرارة التشغيل.

• درجة حرارة التخزين

• درجة حرارة الشحن

• رطوبة؛

• اهتزاز؛

• صدمة؛

• التعرض للغبار أو الماء؛

• ارتفاع؛

• استخدام داخلي أو خارجي؛

• مدة الخدمة المتوقعة؛

• مدة التخزين قبل التثبيت.

تعتبر درجة الحرارة مهمة بشكل خاص لأن ظروف الشحن والتفريغ قد لا تكون هي نفسها. قد تحتاج البطارية المستخدمة في الخارج أو داخل جهاز صناعي أو بالقرب من أحد مكونات توليد الحرارة إلى تقييم حراري إضافي.

يجب أن يحدد التصميم أيضًا ما إذا كانت حجرة البطارية:

• مغلق بالكامل

• تهوية؛

• بالقرب من مصدر الحرارة.

• تتعرض لأشعة الشمس المباشرة.

• تخضع للحركة الميكانيكية المتكررة.

وينبغي أخذ هذه التفاصيل في الاعتبار قبل اختيار الخلية ونظام الحماية والعلبة وخطة الاختبار.

10. تأكيد متطلبات الشحن

يجب أن تكون البطارية المخصصة متوافقة مع نظام الشحن المقصود.

يمد:

• نوع الشاحن؛

• شاحن خرج الجهد.

• الحد الأقصى لتيار الشحن؛

• طريقة الشحن

• متطلبات شحن الرصيد؛

• موصل الشحن

• حدود درجة حرارة الشحن؛

• وقت الشحن المتوقع؛

• ما إذا كان الشحن يحدث داخل الجهاز.

يجب أن تفهم الشركة المصنعة للبطارية كيفية عمل الشاحن والبطارية ونظام الحماية والجهاز معًا. قد تكون مواصفات البطارية التي تستثني الشاحن غير كاملة.

لا ينبغي اختيار الشاحن إلا وفقًا لسعة البطارية الاسمية. ويجب أن يتطابق أيضًا مع تكوين البطارية وإعدادات الحماية وجهد الشحن والحدود الحالية وشروط التطبيق.

11. إعداد متطلبات الاختبار والتحقق من الصحة

قبل الإنتاج الضخم، يجب التحقق من صحة تصميم البطارية مقابل الجهاز.

يجب أن يحدد ملخص المشروع الأولي نطاق التحقق المتوقع، مثل:

• اختبار القدرات؛

• اختبار الشحن والتفريغ؛

• التحقق من وقت التشغيل؛

• اختبار الذروة الحالية.

• قياس المقاومة الداخلية.

• مراقبة درجة الحرارة.

• فحص الموصل والكابلات؛

• ملاءمة ميكانيكية؛

• اختبار الاهتزاز أو التأثير؛

• تكرار الشحن والتفريغ.

• اختبار التكامل على مستوى الجهاز.

يجب تحديد شروط الاختبار بشكل واضح قدر الإمكان. يمكن أن تختلف نتائج السعة اعتمادًا على التيار ودرجة الحرارة والجهد المقطوع وطريقة الشحن ومعدات الاختبار.

يجب أن تمثل العينة تصميم الإنتاج المقصود. إذا تغيرت الخلية أو لوحة الحماية أو الموصل أو السلك أو العلبة بعد الاختبار، فقد يتطلب المشروع مراجعة إضافية أو إعادة التحقق من الصحة.

للحصول على عرض تفصيلي لمراجعة المتطلبات، وتطوير النموذج الأولي، والتحقق من الصحة، والإنتاج التجريبي، والإنتاج الضخم، راجع من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم: مراحل تطوير البطارية المخصصة.

تركز هذه المقالة على المعلومات المطلوبة قبل التصميم والاقتباس. يجب التعامل مع معايير قبول العينة التفصيلية في دليل منفصل للتحقق من صحة عينة البطارية.

12. تحديد احتياجات الامتثال والتوثيق

تعتمد متطلبات الامتثال على بنية البطارية، والسوق الوجهة، وفئة المنتج، وطريقة النقل، ومتطلبات العملاء.

قبل عرض الأسعار، حدد ما إذا كان المشروع قد يتطلب:

• وثائق اختبار الأمم المتحدة 38.3؛

• SDS أو MSDS؛

• مواصفات المنتج؛

• ملصقات البطارية؛

• وثائق النقل؛

• RoHS أو إعلانات المواد الأخرى؛

• المتطلبات الخاصة بالسوق؛

• سجلات التفتيش الخاصة بالعميل.

ويجب على المشتري أيضًا توضيح ما يلي:

• بلدان المقصد؛

• طريقة الشحن؛

• تصنيف المنتج؛

• ما إذا كانت البطارية يتم شحنها مثبتة في المعدات؛

• ما إذا كان العميل يحتاج إلى تقرير اختبار أو إعلان؛

• ما إذا كان يجب أن تغطي المستندات طراز بطارية محددًا أو تصميمًا إنتاجيًا.

يجب مراجعة وثائق الاعتماد والنقل مقابل البناء النهائي للبطارية. قد لا يمثل مستند النموذج الأولي السابق تلقائيًا تصميمًا إنتاجيًا لاحقًا.

13. قائمة مراجعة مواصفات بطارية OEM

قبل طلب عرض الأسعار، قم بتأكيد العناصر التالية.

طلب

• اسم الجهاز والتطبيق.

• أوضاع التشغيل

• هدف وقت التشغيل؛

• بيئة التشغيل

• مرحلة الإنتاج المتوقعة

كهربائي

• الجهد الاسمي.

• جهد الشحن الكامل؛

• سعة؛

• تيار عادي

• الذروة الحالية.

• الشحن الحالي.

• متطلبات القطع.

ميكانيكية

• الحد الأقصى للطول؛

• أقصى عرض؛

• أقصى سمك؛

• الوزن المحدد؛

• مساحة الموصل؛

• طريقة التركيب

• طريق الكابل

• تخليص الضميمة.

الحماية والواجهة

• PCM أو BMS؛

• المجلس الوطني الانتقالي؛

• موازنة الخلايا.

• تواصل؛

• موصل؛

• طول السلك

• موقف خروج الأسلاك.

الإنتاج والامتثال

• كمية النموذج الأولي؛

• حجم الإنتاج المقدر

• متطلبات اختبار العينة؛

• السوق المستهدف؛

• احتياجات التوثيق؛

• متطلبات التعبئة والتغليف والشحن.

إذا كان المشروع يتجه نحو عرض الأسعار، فيجب أيضًا مراجعة محركات التكلفة الرئيسية. دليل منفصل على يمكن أن تساعد تكلفة حزمة بطارية الليثيوم المخصصة وعوامل تسعير OEM فرق المشتريات على الاستعداد لتلك المناقشة.

التعليمات

ما هي الخطوة الأولى في تصميم البطارية المخصصة؟

الخطوة الأولى هي تحديد تطبيق الجهاز ومتطلباته الكهربائية والميكانيكية والبيئية والإنتاجية. ينبغي تصميم البطارية حول المعدات بدلاً من اختيارها فقط حسب الجهد أو السعة.

ما هي المعلومات التي يجب أن أرسلها إلى الشركة المصنعة للبطارية المخصصة؟

أرسل جهد البطارية وقدرتها والطلب الحالي والأبعاد وتفاصيل الموصل والتطبيق وبيئة التشغيل والكمية المتوقعة وأي PCM/BMS أو اختبار أو متطلبات امتثال.

هل يمكن تصنيع بطارية ليثيوم مخصصة بحجم معين؟

يمكن تطوير أبعاد البطارية المخصصة وفقًا لهيكل الجهاز ومساحة التثبيت المتاحة. يجب أن يشمل الحجم النهائي العزل ومكونات الحماية والموصلات والكابلات والتفاوتات ومساحة التجميع.

هل أحتاج إلى تحديد نظام إدارة المباني قبل طلب عرض الأسعار؟

يجب عليك شرح متطلبات الجهاز والحماية، ولكن قد لا تحتاج إلى تحديد طراز BMS الدقيق بنفسك. يمكن للشركة المصنعة أن توصي باستخدام PCM أو BMS مناسب بعد مراجعة تكوين البطارية والتيار وطريقة الشحن واحتياجات الاتصال وظروف التشغيل.

لماذا تعتبر تفاصيل الموصل مهمة؟

يؤثر الموصل على التوافق الكهربائي والتجميع وتوجيه الكابل والمساحة المتوفرة وإمكانية الخدمة. يجب التأكد من نوع الموصل والقطبية والموضع وطول الكابل واتجاه خروج السلك قبل أخذ العينات.

ما الذي يجب اختباره قبل الإنتاج الضخم؟

قد تحتاج العينة إلى اختبار السعة والشحن والتفريغ ووقت التشغيل والتيار ودرجة الحرارة والملاءمة الميكانيكية والموصل وتكامل الجهاز. يجب أن تتطابق خطة التحقق النهائية مع التطبيق والمواصفات المتفق عليها.

خاتمة

المواصفات الكاملة هي أساس مشروع بطارية الليثيوم المخصص الناجح.

قبل طلب عرض أسعار أو عينة، يجب على مشتري OEM تحديد التطبيق والجهد والسعة والطلب الحالي والأبعاد وهيكل البطارية والموصل ونظام الحماية وطريقة الشحن وبيئة التشغيل ومتطلبات الاختبار وتوقعات الإنتاج ووثائق الامتثال.

الغرض من القائمة المرجعية المخصصة لتصميم البطارية ليس إجبار المشتري على اتخاذ كل قرار فني بمفرده. الغرض منه هو إعطاء الشركة المصنعة للبطارية ما يكفي من المعلومات الموثوقة لتقييم الجدوى وتحديد المخاطر والتوصية بالتصميم المناسب وإعداد عرض أسعار أكثر دقة.

بالنسبة لمشروع بطارية ليثيوم مخصص، شارك تطبيق جهازك والسعة المستهدفة والجهد الكهربي ومساحة البطارية المتوفرة والطلب الحالي ومتطلبات الموصل والكمية المتوقعة واحتياجات الاختبار مع فريق هندسة البطاريات المخصص في ZERNE. يمكن للفريق مراجعة المواصفات الأولية والمساعدة في تطوير حل بطارية مناسب لأخذ العينات والإنتاج.