Vlastní kontrolní seznam návrhu lithiových baterií pro projekty OEM

Projekt zakázkové lithiové baterie zřídka selže, protože kupující nezná požadovanou kapacitu. Problémy častěji začínají, když je počáteční specifikace neúplná.

Tým OEM může poskytnout cílové napětí a kapacitu, ale vynechat prostor pro baterii, špičkový proud, polohu konektoru, způsob nabíjení, provozní teplotu nebo požadavky na ochranu. Dodavatel pak může připravit nabídku na základě předpokladů. Tyto předpoklady mohou způsobit problémy během vzorkování, integrace zařízení nebo hromadné výroby.

Praktický proces vlastního návrhu baterie by proto měl začít kompletním projektem. Cílem není, aby kupující rozhodoval o každém technickém detailu sám. Cílem je poskytnout výrobci dostatek spolehlivých informací, aby mohl posoudit proveditelnost, doporučit vhodnou architekturu baterie a identifikovat požadavky, které ještě potřebují potvrzení.

Tento kontrolní seznam obsahuje hlavní informace potřebné před vyžádáním nabídky nebo vlastního vzorku baterie.

Rychlá odpověď: Jaké informace jsou potřebné pro vlastní lithiovou baterii?

Kupující OEM by si normálně měli připravit následující informace:

Čím úplnější jsou informace o projektu, tím snazší je vyhodnotit zakázkovou lithium-iontovou baterii před návrhem, cenovou nabídkou, vzorkováním a výrobou.

1. Nejprve definujte aplikaci baterie

Baterie by měla být navržena kolem zařízení spíše než vybrána jako izolovaná součást.

Začněte popisem:

• Co zařízení dělá;

• Jak často funguje;

• Zda to funguje nepřetržitě nebo přerušovaně;

• Zda má pohotovostní a aktivní režim;

• Ať už je přenosný, pevný, nositelný nebo průmyslový;

• zda je baterie vyměnitelná nebo trvale nainstalovaná;

• Zda zařízení komunikuje bezdrátově;

• Zda je baterie vystavena vibracím, nárazům, vlhkosti nebo změnám teploty.

Například GPS tracker může trávit většinu času v pohotovostním režimu, ale vyžaduje krátké doby vyššího proudu pro určování polohy a přenos dat. Lékařské zařízení může vyžadovat stabilní výkon a pečlivě kontrolovanou ochranu. Nositelný produkt může klást větší důraz na tloušťku, hmotnost, flexibilitu a pohodlí.

Informace o aplikaci pomáhají výrobci vyhodnotit vztah mezi kapacitou, aktuální poptávkou, velikostí, ochranou a očekávanou dobou běhu.

2. Potvrďte požadavky na napětí

Napětí je jednou z prvních specifikací, které musí být potvrzeny.

Specifikace by měla rozlišovat mezi:

• Jmenovité napětí;

• Normální provozní napětí;

• Napětí při plném nabití;

• Vypínací napětí;

• Rozsah vstupního napětí zařízení;

• Požadavky na výstup nabíječky.

Zařízení může být navrženo kolem jednočlánkové baterie nebo vícečlánkové baterie. Požadované napětí může ovlivnit konfiguraci článku, ochranný obvod, nabíjecí systém, konektor a strategii správy baterie.

Neuvádějte pouze frázi jako '12 V baterie' bez vysvětlení, jak zařízení a nabíječka toto napětí využívají. Výrobce také potřebuje vědět, zda zařízení akceptuje změny napětí během vybíjení a zda je vyžadován regulovaný výstup.

Nesoulad napětí může mít za následek:

• Nekompatibilita nabíjení;

• Vypnutí zařízení;

• Snížená využitelná kapacita;

• Nadměrná aktuální poptávka;

• Aktivace ochrany;

• Další požadavky na přeměnu energie.

Napětí by proto mělo být přezkoumáno společně s návrhem napájení a nabíjení zařízení.

3. Zadejte požadavky na kapacitu a energii

Kapacita se obvykle vyjadřuje v miliampérhodinách nebo mAh. Větší kapacita může podporovat delší dobu provozu, ale může také zvýšit velikost baterie, hmotnost, cenu a dobu nabíjení.

Pokud je to možné, uveďte následující informace:

• Požadovaná kapacita v mAh nebo Ah;

• Cílová doba běhu;

• Průměrný provozní proud;

• Pohotovostní proud;

• Doba trvání špičkového proudu;

• Pracovní cyklus;

• Předpokládaná rezerva baterie;

• Frekvence nabíjení;

• Přijatelná hmotnost baterie.

U aplikací s vyšším výkonem může být také užitečné diskutovat o energii ve watthodinách:

Energie (Wh) = jmenovité napětí (V) × kapacita (Ah)

Použitá doba provozu baterie závisí nejen na její nominální kapacitě, ale také na zatížení zařízení, provozní teplotě, rychlosti vybíjení, nastavení odpojení, podmínkách nabíjení a účinnosti systému.

Užitečná specifikace OEM by neměla jednoduše uvádět:

Požadovaná baterie: 3,7 V, 2 000 mAh.

Mělo by to vysvětlit:

Zařízení vyžaduje dobíjecí baterii s jmenovitým napětím kompatibilním se systémem, cílovou kapacitou přibližně 2 000 mAh, definovaným provozním proudem, požadavkem na špičkový proud a minimální očekávanou dobou chodu za specifikovaných provozních podmínek.

Konečná kapacita by měla být potvrzena testováním vzorku spíše než výběrem pouze z katalogové hodnoty.

4. Definujte normální, trvalý a špičkový proud

Požadavek proudu ovlivňuje výběr článku, pokles napětí, vnitřní odpor, nastavení ochrany a tepelné chování.

Stručný návrh by měl oddělovat:

• Normální provozní proud;

• Trvalý maximální proud;

• Špičkový proud;

• Startovací nebo náběhový proud;

• Doba trvání špičkového proudu;

• Frekvence vrcholných událostí;

• Nabíjecí proud.

Zařízení, které spotřebovává nízký průměrný proud, může stále vyžadovat baterii schopnou dodat mnohem vyšší krátkodobý proud. Pokud to není ve fázi návrhu identifikováno, může dojít k nadměrnému poklesu napětí baterie nebo ke spuštění ochrany proti nadproudu.

Špičkový proud by měl být popsán s časovým obdobím. Například:

• 2 A pro normální provoz;

• 5 A vrchol po dobu 3 sekund;

• Vrcholová událost se opakuje každých 10 minut.

Tyto informace jsou užitečnější než obecné prohlášení, jako je „vysokoproudé baterie“.

5. Změřte dostupné místo na baterii

Mechanické uchycení je základní součástí vlastního designu baterie.

Poskytněte nákres, 3D model nebo přesná měření prostoru pro baterie, včetně:

• Maximální délka;

• Maximální šířka;

• Maximální tloušťka;

• Dostupná výška;

• Směr instalace;

• Montážní body;

• Retenční metoda;

• Prostor kolem baterie;

• Prostor pro ochrannou desku;

• Prostor pro konektor a vodiče;

• Vedení kabelů;

• Přístup pro výměnu nebo kontrolu.

Neměřte pouze prázdnou přihrádku. Návrh by měl také vzít v úvahu:

• Izolace;

• Ochranné materiály;

• Výška konektoru;

• Poloměr ohybu kabelu;

• Výrobní tolerance;

• Montážní vůle;

• Odvod tepla;

• Mechanická komprese;

• Možná rozměrová odchylka během výroby.

U kompaktních produktů může rozdíl v poloze konektoru nebo směru vývodu kabelu zabránit vložení baterie, i když rozměry článků vypadají správně.

ZERNE's zakázková řešení lithiových baterií lze hodnotit podle požadovaných rozměrů, kapacity, ochranného systému, konektoru a podmínek aplikace. Konečný návrh ještě musí být potvrzen oproti skutečnému krytu zařízení.

6. Rozhodněte o tvaru a struktuře baterie

Vlastní lithiová baterie může používat standardní obdélníkový formát, tenký formát, zakřivený design nebo jiný tvar vhodný pro dané zařízení.

Specifikace by měla určit, zda baterie potřebuje:

• Standardní obdélníkový tvar;

• Tenká a plochá struktura;

• Zakřivená nebo tvarovaná forma;

• Sada vícečlánkových baterií;

• Odnímatelné pouzdro;

• Pevný kryt;

• Vlastní montážní konstrukce;

• Konkrétní orientace buňky.

Výběr by měl být založen na struktuře zařízení a požadavcích výroby. Plně přizpůsobený tvar může zlepšit využití prostoru, ale může také ovlivnit nástroje, montáž, kontrolu, balení a konzistenci výroby.

Pro běžnou obdélníkovou přihrádku může být praktičtější standardní struktura. U nepravidelných nebo vysoce kompaktních zařízení může lepší integraci zajistit tvarovaná nebo tenká baterie.

Než se týmy OEM zaváží k plně přizpůsobené struktuře, mohou také porovnat kompromisy mezi a vlastní lithiovou baterii a standardní baterii.

Návrh by měl také definovat, zda baterie vyžaduje:

• Sériové připojení;

• Paralelní připojení;

• Sériově paralelní konfigurace;

• Porovnávání buněk;

• Samostatná ochranná deska;

• BMS s podporou komunikace.

7. Určete konektor a zapojení

Konektor je součástí rozhraní baterie a měl by být před vzorkováním potvrzen.

Poskytnout:

• Značka nebo série konektoru, je-li to požadováno;

• Počet kolíků;

• Orientace konektoru;

• umístění konektoru;

• Délka kabelu;

• Měřidlo drátu;

• Směr výstupu drátu;

• Polarita;

• Požadavky na rovnováhu olova;

• Uspořádání nabíjecího a vybíjecího kabelu.

Baterie může mít správné napětí a kapacitu, ale přesto selže integrace zařízení, protože konektor není kompatibilní se základní deskou nebo protože kabel vystupuje ze špatné strany.

Konektor by měl být zkontrolován společně s:

• Dostupný prostor;

• Směr vkládání;

• Způsob zamykání;

• Podmínky vibrací;

• Pořadí montáže;

• Požadavky na služby;

• Požadovaný proud.

Podrobnější informace o konektorech viz Konektory LiPo baterie a vlastní možnosti zapojení.

8. Definujte požadavky na PCM, BMS a na snímání teploty

Ochranný systém by měl být zvolen podle architektury baterie a požadavků na zařízení.

Stručný návrh by měl objasnit, zda projekt potřebuje:

• ochrana proti přebití;

• Ochrana proti nadměrnému vybití;

• Ochrana proti nadproudu;

• Ochrana proti zkratu;

• Monitorování teploty;

• Vyvažování buněk;

• informace o stavu nabití;

• Komunikační funkce;

• Ovládání nabíjení a vybíjení;

• Rozhraní chytré baterie.

Jednočlánková baterie může používat ochranný obvod s relativně jednoduchými funkcemi. Vícečlánková baterie může vyžadovat pokročilejší BMS pro monitorování článků, vyvažování, záznam poruch, komunikaci nebo integraci systému.

Kupující by měl také vysvětlit roli systému ochrany:

• Je nabíječka řízena baterií?

• Potřebuje zařízení informace o stavu baterie?

• Je vyžadováno NTC?

• Komunikuje zařízení prostřednictvím SMBus, CAN nebo jiného protokolu?

• Musí být BMS umístěn uvnitř nebo vně krytu baterie?

Obecné vysvětlení výběru ochranného systému naleznete na odkazu PCM vs. BMS pro LiPo baterie.

9. Popište provozní prostředí

Výkon baterie a požadavky na design se mohou výrazně měnit s provozním prostředím.

Specifikace by měla obsahovat:

• Rozsah provozních teplot;

• Skladovací teplota;

• Teplota nabíjení;

• Vlhkost;

• Vibrace;

• Šokovat;

• vystavení prachu nebo vodě;

• Nadmořská výška;

• Vnitřní nebo venkovní použití;

• Předpokládaná životnost;

• Doba skladování před instalací.

Teplota je obzvláště důležitá, protože podmínky nabíjení a vybíjení nemusí být stejné. Baterie používaná venku, uvnitř průmyslového zařízení nebo v blízkosti součásti generující teplo může vyžadovat dodatečné tepelné vyhodnocení.

Návrh by měl také identifikovat, zda je prostor pro baterie:

• Plně uzavřený;

• Větraný;

• V blízkosti zdroje tepla;

• Vystaveno přímému slunečnímu záření;

• Vystaveno opakovanému mechanickému pohybu.

Tyto podrobnosti je třeba zvážit před výběrem článku, ochranného systému, krytu a plánu testování.

10. Potvrďte požadavky na nabíjení

Vlastní baterie by měla být kompatibilní se zamýšleným systémem nabíjení.

Poskytnout:

• Typ nabíječky;

• Výstupní napětí nabíječky;

• Maximální nabíjecí proud;

• Způsob nabíjení;

• Požadavky na účtování zůstatku;

• nabíjecí konektor;

• Teplotní limity nabíjení;

• Předpokládaná doba nabíjení;

• Zda nabíjení probíhá uvnitř zařízení.

Výrobce baterie by měl rozumět tomu, jak nabíječka, baterie, ochranný systém a zařízení spolupracují. Specifikace baterie, která nezahrnuje nabíječku, může být neúplná.

Nabíječku nevybírejte pouze podle jmenovité kapacity baterie. Měl by také odpovídat konfiguraci baterie, nastavení ochrany, nabíjecímu napětí, limitům proudu a podmínkám aplikace.

11. Připravte požadavky na testování a validaci

Před hromadnou výrobou by měla být konstrukce baterie ověřena vůči zařízení.

Úvodní zadání projektu by mělo identifikovat očekávaný rozsah validace, jako například:

• Testování kapacity;

• Testování nabíjení a vybíjení;

• Ověření doby běhu;

• Testování špičkového proudu;

• Měření vnitřního odporu;

• Monitorování teploty;

• Kontrola konektorů a kabelů;

• Mechanické přizpůsobení;

• Testování vibrací nebo nárazů;

• Opakované nabíjení a vybíjení;

• Testování integrace na úrovni zařízení.

Zkušební podmínky by měly být definovány co nejjasněji. Výsledky kapacity se mohou lišit v závislosti na proudu, teplotě, vypínacím napětí, metodě nabíjení a testovacím zařízení.

Vzorek by měl představovat zamýšlený výrobní návrh. Pokud se článek, ochranná deska, konektor, vodič nebo kryt po testování změní, projekt může vyžadovat další kontrolu nebo revalidaci.

Podrobný pohled na přezkoumání požadavků, vývoj prototypu, ověřování, pilotní výrobu a hromadnou výrobu naleznete Od prototypu k hromadné výrobě: Vlastní fáze vývoje baterií.

Tento článek se zaměřuje na informace potřebné před návrhem a cenovou nabídkou. Podrobná kritéria přijatelnosti vzorků by měla být uvedena v samostatné příručce pro validaci vzorků baterií.

12. Identifikujte požadavky na shodu a dokumentaci

Požadavky na shodu závisí na konstrukci baterie, cílovém trhu, kategorii produktu, způsobu přepravy a požadavcích zákazníka.

Před cenovou nabídkou zjistěte, zda projekt může vyžadovat:

• zkušební dokumentace UN 38.3;

• SDS nebo MSDS;

• Specifikace produktu;

• Štítky baterií;

• Přepravní doklady;

• RoHS nebo jiné prohlášení o materiálech;

• specifické požadavky trhu;

• Záznamy o kontrole specifické pro zákazníka.

Kupující by měl také objasnit:

• Cílové země;

• Způsob dopravy;

• Klasifikace produktu;

• zda je baterie dodávána nainstalovaná v zařízení;

• Zda zákazník potřebuje zkušební protokol nebo prohlášení;

• Zda musí dokumenty pokrývat konkrétní model baterie nebo výrobní návrh.

Certifikační a přepravní dokumentace by měla být posouzena s ohledem na konečnou konstrukci baterie. Dokument pro starší prototyp nemusí automaticky představovat pozdější produkční návrh.

13. Kontrolní seznam specifikací OEM baterie

Než požádáte o cenovou nabídku, potvrďte následující položky.

Aplikace

• Název zařízení a aplikace;

• Provozní režimy;

• Běhový cíl;

• Operační prostředí;

• Předpokládaná fáze výroby.

Elektrický

• Jmenovité napětí;

• Napětí při plném nabití;

• Kapacita;

• Normální proud;

• Špičkový proud;

• Nabíjecí proud;

• Požadavky na přerušení.

Mechanické

• Maximální délka;

• Maximální šířka;

• Maximální tloušťka;

• Hmotnostní limit;

• Konektorový prostor;

• Způsob montáže;

• Kabelová trasa;

• Vůle krytu.

Ochrana a rozhraní

• PCM nebo BMS;

• NTC;

• Vyvažování buněk;

• Sdělení;

• Konektor;

• Délka drátu;

• Poloha výstupu drátu.

Výroba a dodržování předpisů

• Prototypové množství;

• Odhadovaný objem výroby;

• Požadavky na testování vzorků;

• Cílový trh;

• Potřeby dokumentace;

• Požadavky na balení a přepravu.

Pokud se projekt posouvá k cenové nabídce, měly by být také přezkoumány hlavní faktory nákladů. Samostatný průvodce na vlastní náklady na lithiové baterie a cenové faktory OEM mohou týmům nákupu pomoci připravit se na tuto diskusi.

FAQ

Jaký je první krok při návrhu vlastní baterie?

Prvním krokem je definovat aplikaci zařízení a její elektrické, mechanické, environmentální a výrobní požadavky. Baterie by měla být navržena kolem zařízení a nikoli pouze podle napětí nebo kapacity.

Jaké informace bych měl zaslat výrobci vlastní baterie?

Odešlete napětí baterie, kapacitu, aktuální poptávku, rozměry, podrobnosti o konektoru, aplikaci, provozní prostředí, očekávané množství a jakékoli požadavky na PCM/BMS, testování nebo shodu.

Lze vyrobit vlastní lithiovou baterii na konkrétní velikost?

Vlastní rozměry baterie mohou být vyvinuty podle struktury zařízení a dostupného instalačního prostoru. Konečná velikost musí zahrnovat izolaci, ochranné součásti, konektory, kabely, tolerance a montážní vůli.

Musím specifikovat BMS, než požádám o cenovou nabídku?

Měli byste vysvětlit požadavky na zařízení a ochranu, ale možná nebudete muset sami vybrat přesný model BMS. Výrobce může doporučit vhodný PCM nebo BMS po přezkoumání konfigurace baterie, proudu, způsobu nabíjení, komunikačních potřeb a provozních podmínek.

Proč jsou detaily konektoru důležité?

Konektor ovlivňuje elektrickou kompatibilitu, montáž, vedení kabelů, dostupný prostor a provozuschopnost. Před vzorkováním je třeba ověřit typ konektoru, polaritu, polohu, délku kabelu a směr výstupu drátu.

Co by mělo být testováno před sériovou výrobou?

Vzorek může vyžadovat testování kapacity, nabíjení a vybíjení, doby provozu, proudu, teploty, mechanického uchycení, konektoru a integrace zařízení. Konečný plán validace by měl odpovídat aplikaci a dohodnuté specifikaci.

Závěr

Kompletní specifikace je základem úspěšného projektu zakázkové lithiové baterie.

Před vyžádáním nabídky nebo vzorku by měli kupující OEM definovat aplikaci, napětí, kapacitu, aktuální poptávku, rozměry, strukturu baterie, konektor, ochranný systém, způsob nabíjení, provozní prostředí, požadavky na testování, očekávání výroby a dokumenty o shodě.

Účelem vlastního kontrolního seznamu pro návrh baterie není nutit kupujícího, aby činil každé technické rozhodnutí sám. Má poskytnout výrobci baterie dostatek spolehlivých informací, aby mohl posoudit proveditelnost, identifikovat rizika, doporučit vhodný design a připravit přesnější nabídku.

V případě vlastního projektu lithiové baterie sdílejte aplikaci svého zařízení, cílovou kapacitu, napětí, dostupné místo na baterii, aktuální poptávku, požadavky na konektory, očekávané množství a potřeby testování s týmem konstruktérů vlastních baterií ZERNE. Tým může zkontrolovat počáteční specifikaci a pomoci vyvinout vhodné řešení baterií pro vzorkování a výrobu.