Jak vybrat dobíjecí lithium-iontovou baterii pro zařízení OEM

Jako součást kompletního systému zařízení by měla být vybrána dobíjecí lithium-iontová baterie. Napětí, kapacita, proud, rozměry, konektor, ochranný obvod a nabíječ, to vše ovlivňuje to, zda bude hotový výrobek spolehlivě fungovat.

Baterie, která se v katalogu jeví jako vhodná, nemusí stále splňovat požadavky OEM zařízení. Může se hodit elektricky, ale ne mechanicky, poskytovat dostatečnou jmenovitou kapacitu, ale ne dostatečný špičkový proud, nebo fungovat během laboratorního testování, ale pro výrobu vyžaduje jiný BMS nebo konektor.

Z tohoto důvodu by týmy OEM měly vyhodnotit baterii podle skutečných provozních podmínek zařízení, nikoli pouze podle mAh nebo fyzické velikosti.

ZERNE poskytuje řešení lithiových baterií pro aplikace, které vyžadují přizpůsobené napětí, kapacitu, rozměry, systémy ochrany a konfigurace konektorů.

Rychlá odpověď: Jak si vyberete dobíjecí lithium-iontovou baterii?

Vyberte dobíjecí lithium-iontovou baterii v tomto pořadí:

1. Definujte napěťový rozsah zařízení a architekturu napájení.

2. Změřte normální, maximální a špičkový odběr proudu.

3. Nastavte požadovaný provozní čas a energetický cíl.

4. Zkontrolujte přihrádku na baterie, rozměry, trasu kabelu a hmotnostní limit.

5. Vyberte vhodnou konfiguraci článků a chemii baterie.

6. Přizpůsobte BMS, PCM, nabíječku a konektor k balení.

7. Potvrďte provozní teplotu a podmínky prostředí.

8. Testujte prototypové vzorky uvnitř skutečného zařízení.

9. Zkontrolujte konzistenci výroby, dokumentaci a podporu přizpůsobení.

10. Konečnou baterii schvalujte až po elektrické, mechanické a systémové validaci.

Nejlepší baterie nemusí být nutně ta s nejvyšší kapacitou. Je to ten, který vyhovuje současně napěťovým, energetickým, proudovým, mechanickým, bezpečnostním a výrobním požadavkům zařízení.

1. Začněte s požadavky na zařízení OEM

Než se obrátíte na dodavatele baterií, připravte si základní list požadavků na zařízení.

Tyto informace umožňují dodavateli vyhodnotit baterii jako integrovanou součást spíše než nabízet generický balíček.

Pro širší vysvětlení toho, jak tyto požadavky souvisí s designem balení, viz Konstrukce lithium-iontové baterie: napětí, kapacita, BMS a doba provozu.

2. Přizpůsobte napětí baterie zařízení

Napětí je první podmínkou elektrického stínění.

Vybraná baterie musí během vybíjení a nabíjení zůstat v přijatelném vstupním rozsahu hostitelského zařízení. Zařízení navržené pro jednočlánkovou lithiovou baterii nemusí přijmout vícečlánkovou sadu bez vhodného obvodu pro řízení napájení.

Při definování napětí zkontrolujte:

• jmenovité napětí baterie;

• plně nabité napětí;

• minimální vybíjecí napětí;

• rozsah vstupního napětí zařízení;

• požadavky na převodník nebo regulátor;

• výstupní napětí nabíječky;

• Nastavení BMS cutoff.

Například sada popsaná jako 7,4 V má jmenovité napětí, ale její napětí se během nabíjení a vybíjení mění. Zařízení musí být navrženo pro celý provozní rozsah, nikoli pouze pro jmenovitou hodnotu.

Pokud projekt porovnává běžné konfigurace s více buňkami, podrobně Průvodce sériovými a paralelními bateriemi vysvětluje, jak uspořádání článků ovlivňuje napětí a kapacitu. Současný proces výběru by měl tuto konfiguraci používat pouze jako vstup pro širší rozhodování o zařízení.

3. Odhadněte požadavky na kapacitu a energii

Kapacita baterie se běžně vyjadřuje v ampérhodinách nebo miliampérhodinách. Energie se obvykle vyjadřuje ve watthodinách.

Předběžný odhad energie je:

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

Například:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Toto je výpočet nominální energie. Využitelná energie může být nižší kvůli:

• ztráty měniče;

• vybíjecí vypínací napětí;

• teplota;

• stárnutí baterie;

• proudové zatížení;

• ochranné limity;

• provozní účinnost zařízení.

Kapacita by proto měla být volena spíše na základě skutečné spotřeby energie než pouze natištěné hodnoty v mAh.

Podrobnější výpočet viz Jak vypočítat kapacitu lithium-iontové baterie.

4. Definujte Runtime Target

Stejná kapacita baterie může zajistit různé provozní doby v různých produktech. Zařízení se stabilní nízkopříkonovou zátěží se chová jinak než motorizované zařízení s častými proudovými špičkami.

Předběžný odhad doby chodu lze zapsat jako:

Doba chodu ≈ Využitelná energie baterie ÷ Průměrný výkon zařízení

Konečný výsledek závisí na profilu skutečné zátěže zařízení. Inženýři by měli rozlišovat mezi:

• pohotovostní proud;

• normální provozní proud;

• maximální trvalý proud;

• špičkový nebo startovací proud;

• pracovní cyklus;

• intervaly spánku a bdění.

Baterie, která splňuje cílovou průměrnou dobu běhu, může být stále nevhodná, pokud nemůže podporovat zařízení ve špičce.

Detailní Průvodce výpočtem doby provozu lithiové baterie pokrývá faktory výpočtu do větší hloubky. Ve fázi výběru je klíčovou otázkou, zda kandidátský balíček poskytuje dostatek využitelné energie v reálném provozním profilu.

5. Zkontrolujte schopnost průběžného a špičkového vybíjení

Kapacita a kapacita vybíjení jsou různé specifikace.

Vysokokapacitní baterie nemusí být vhodná pro zařízení s vysokým výkonem, pokud její články, ochranný obvod nebo kabeláž nemohou podporovat požadovaný proud. Naopak baterie s vysokým vybíjením může poskytnout větší proudovou kapacitu, než je nutné, a zároveň zvýšit náklady, hmotnost nebo tepelné požadavky.

Dokument:

• průměrný vybíjecí proud;

• maximální trvalý proud;

• špičkový proud;

• trvání vrcholu;

• startovací nebo náběhový proud;

• frekvence opakování;

• tolerance poklesu napětí.

Baterie by měla být vyhodnocena na úrovni systému. Skutečný výkon ovlivňuje kapacita článku, limity BMS, jmenovitý výkon konektoru, velikost kabelu a tepelné podmínky.

U projektů s vysokým proudem by měl dodavatel potvrdit zkušební podmínky použité pro jakékoli hodnocení vybíjení nebo proudu. Hodnocení bez zkušební teploty, vypínacího napětí a doby trvání je obtížné přesně porovnat.

6. Vyberte Formát buněk a Chemie baterie

Formát buňky ovlivňuje hustotu energie, tvar, hmotnost, tepelné chování a flexibilitu balení.

Lithiové polymerové pouzdrové články

Lithiové polymerové pouzdrové články jsou často vhodné, když zařízení vyžaduje:

• tenký nebo přizpůsobený tvar;

• efektivní využití prostoru uzavřeného prostoru;

• flexibilní délka, šířka nebo tloušťka;

• nízkoprofilová integrace;

• vlastní umístění kabelu nebo konektoru.

Válcové lithium-iontové články

Válcové články mohou být vhodné, pokud konstrukce vyžaduje:

• standardizovaný válcový formát;

• tuhá buněčná struktura;

• sériové a paralelní uspořádání balení;

• design vyměnitelného nebo modulárního balení;

• větší pouzdro na baterie.

Výběr by měl vycházet z balení zařízení, aktuálních, energetických a výrobních požadavků. Neměl by být vyroben pouze z nominální kapacity jednoho článku.

Pokud projekt porovnává pouzdrové a válcové konfigurace, měl by dodavatel zhodnotit hotovou baterii spíše než porovnávat jednotlivé počty článků.

7. Potvrďte rozměry a hmotnost baterie

Baterie se musí vejít do krytu produktu, aniž by způsobovala problémy se kompresí, pohybem nebo vedením kabelů.

Poskytněte dodavateli:

• maximální tloušťka;

• přípustná délka a šířka;

• tvar přihrádky na baterie;

• vůle konektoru;

• oblast ohybu kabelu;

• způsob upevnění;

• požadavky na odpružení nebo zadržení;

• maximální hmotnost.

Jmenovité rozměry baterie nemusí odpovídat úplnému nainstalovanému obalu. Konektor, ochranná deska, vodiče, izolace, lepidlo, pěna a mechanické přípravky také vyžadují prostor.

Baterie, která se vejde do prázdného krytu, může rušit:

• šrouby nebo spojovací prvky;

• zobrazovací moduly;

• antény;

• pohyblivé části;

• komponenty produkující teplo;

• žebra krytu;

• oblasti s přístupem k službám.

U zařízení s přísnými limity pro balení by měl být prostor pro baterie zkontrolován společně s vůle, komprese a bobtnání.

8. Slaďte BMS a ochranný systém

Dobíjecí lithium-iontová baterie obvykle vyžaduje ochranu nebo systém řízení odpovídající její konfiguraci a aplikaci.

V závislosti na konstrukci může balení vyžadovat:

• ochrana proti přebití;

• ochrana proti nadměrnému vybití;

• nadproudová ochrana;

• ochrana proti zkratu;

• monitorování teploty;

• vyvažování buněk;

• odhad stavu nabití;

• komunikační funkce;

• ovládání nabíjení.

Správný návrh ochrany závisí na počtu článků, chemii, aktuální poptávce, nabíječce a požadavcích hostitelského zařízení.

Jednoduchá sada se dvěma napájecími vodiči může vyžadovat jiné uspořádání ochrany než inteligentní baterie s komunikací a monitorováním jednotlivých článků.

BMS by měl být specifikován společně s:

• konfigurace buňky;

• nabíjecí proud;

• vybíjecí proud;

• požadavky na teplotní čidlo;

• komunikační protokol;

• konektor konektoru;

• logika ovládání na straně zařízení.

Článek PCM vs. BMS pro LiPo baterie může pomoci objasnit rozdíl mezi základní ochranou a pokročilejším systémem správy.

9. Zkontrolujte způsob nabíjení

Dobíjecí baterie musí být kompatibilní s nabíječkou a architekturou nabíjení hostitelského zařízení.

Potvrdit:

• výstupní napětí nabíječky;

• nabíjecí proud;

• způsob nabíjení;

• požadavky na účtování zůstatku;

• limity teploty nabíjení;

• konektor na straně nabíječky;

• způsob ukončení poplatku;

• zda nabíjení probíhá uvnitř nebo vně zařízení.

Nabíječka musí odpovídat počtu článků a požadavkům na nabíjení baterie. Vhodný vybíjecí konektor automaticky neznamená, že je pack vhodný pro nabíjení přes stejné rozhraní.

Návrhářský tým by měl také potvrdit, zda zařízení podporuje:

• nabíjení za provozu;

• nabíjení vyjímatelné baterie;

• externí nabíjecí stanice;

• nabíjení přes USB;

• vyhrazené nabíječky baterií;

• komunikace mezi nabíječkou a BMS.

Nabíjení by mělo být ověřeno s hotovou baterií, BMS, nabíječkou a zařízením společně.

10. Vyberte Konfigurace konektoru a kabelu

Konektor ovlivňuje jak elektrický výkon, tak mechanickou integraci.

Upřesněte:

• rodina konektorů nebo přesné číslo dílu;

• protilehlý konektor;

• aktuální požadavek;

• požadavek na napětí;

• počet kolíků;

• alokace napájení a signálu;

• délka kabelu;

• měřidlo drátu;

• směr výstupu kabelu;

• zamykání a klíčování;

• dostupný instalační prostor.

Stejná baterie může vyžadovat různé uspořádání konektorů pro různá hostitelská zařízení. Kompaktní nositelný produkt může upřednostňovat nízkoprofilový konektor, zatímco průmyslový produkt může vyžadovat silnější retenci a větší proudovou dráhu.

Podrobný proces rozhodování o konektoru viz Jak vybrat konektor pro vlastní lithiovou baterii.

11. Zvažte provozní teplotu a prostředí

Výkon baterie se mění s teplotou. Aplikace zařízení by měla definovat, kde bude baterie fungovat, nabíjet a kde zůstane uložena.

Zvážit:

• normální provozní teplota;

• minimální a maximální provozní teplota;

• teplota nabíjení;

• skladovací teplota;

• vystavení vibracím;

• vlhkost nebo prach;

• opakovaný mechanický pohyb;

• teplo z blízké elektroniky;

• tepelná izolace uvnitř skříně.

Chladné podmínky mohou snížit dostupný výkon a zvýšit vnitřní odpor. Vysoké teploty mohou urychlit stárnutí a zvýšit požadavky na tepelný management.

Dodavatel baterie by měl společně vyhodnotit článek, BMS, konektor, kryt a podmínky nabíjení. Tvrzení o teplotě by mělo být spojeno s konečnou konfigurací a zkušebními podmínkami, spíše než plošně aplikováno na každou baterii.

12. Vyberte mezi standardními a vlastními bateriemi

Standardní dobíjecí lithium-iontová baterie může být vhodná, když:

• napětí a kapacita již odpovídají zařízení;

• rozměry sedí bez úprav;

• konektor je kompatibilní;

• proudová kapacita je dostatečná;

• není vyžadován žádný speciální BMS;

• očekávané množství a nabídka jsou stabilní.

Vlastní balíček je vhodnější, když zařízení vyžaduje:

• neobvyklé rozměry;

• tvarovaná nebo tenká baterie;

• specifická délka kabelu;

• vlastní konektor;

• vícečlánková sériová a paralelní konfigurace;

• vyšší rychlost vybíjení;

• zvláštní ochrana;

• snímání teploty;

• komunikační funkce;

• nový kryt specifický pro produkt.

Komerční stránka s baterií je vhodným cílem pro obecnou poptávku po produktu vlastní řešení baterií jsou relevantnější, když musí být baterie navržena kolem zařízení.

13. Vyhodnoťte OEM podporu dodavatele

Výběr dobíjecí baterie také znamená vyhodnocení, zda dodavatel může projekt podpořit nad rámec vzorové nabídky.

Zeptejte se dodavatele na:

• výběr buněk;

• design bateriového bloku;

• integrace BMS nebo PCM;

• přizpůsobení konektoru a kabelu;

• vzorkování prototypů;

• elektrické testování;

• mechanické kontroly usazení;

• důslednost výroby;

• kontrola příchozího materiálu;

• kontrola zásilky;

• technická dokumentace;

• inženýrské změny;

• podpora během pilotní výroby.

Dodavatel by měl být schopen vysvětlit, jak se schválený vzorek stane konfigurací pro hromadnou výrobu.

Širší pohled na přechod od prototypu k výrobě viz Výrobní proces lithium-iontové baterie pro projekty OEM.

14. Ověřte baterii uvnitř zařízení

Baterie by neměla být schválena pouze podle specifikace dodavatele. Konečný vzorek by měl být testován ve skutečném zařízení OEM.

Elektrická validace

Kontrola:

• rozsah napětí;

• chování při nabíjení;

• výkon vybíjení;

• normální proud;

• špičkový proud;

• pokles napětí;

• reakce ochrany baterie;

• kompatibilita nabíječky;

• BMS komunikace tam, kde je to možné.

Mechanická validace

Kontrola:

• přizpůsobení krytu;

• spojování konektorů;

• vedení kabelů;

• udržení baterie;

• tlak nebo pohyb uvnitř oddělení;

• přístup pro montáž a servis;

• interference s okolními částmi.

Ověření za běhu

Změřte skutečnou dobu běhu zařízení pod:

• normální provoz;

• provoz s vysokým zatížením;

• cykly pohotovostního režimu nebo spánku;

• opakované spuštění;

• realistické teplotní podmínky.

Ověření výroby

Potvrdit:

• rozměry zůstávají konzistentní;

• poloha konektoru a kabelu je opakovatelná;

• štítky a označení polarity jsou správné;

• ochranné komponenty odpovídají schválenému vzorku;

• jsou k dispozici zkušební záznamy;

• inženýrské změny vyžadují schválení.

Stávající vlastní kontrolní seznam pro ověření vzorků baterií poskytuje užitečnou referenci pro předvýrobní schválení.

15. Běžné chyby při výběru

Výběr pouze podle mAh

Vyšší kapacita nezaručuje delší dobu provozu, pokud je balení příliš velké, těžké nebo nekompatibilní s napětím zařízení.

Ignorování špičkového proudu

Průměrný proud může vypadat přijatelně, když spouštění nebo zatížení motoru způsobí pokles napětí nebo vypnutí ochrany.

Zacházení s nominálním napětím jako s plným provozním rozsahem

Zařízení se musí přizpůsobit nabíjecímu napětí, vybíjecímu napětí a podmínkám přerušení.

Před kontrolou krytu vyberte baterii

Mechanické konflikty se často objevují poté, co je konektor, BMS a kabel součástí skutečné obálky balení.

Výběr BMS příliš pozdě

BMS může ovlivnit proudovou kapacitu, pinout konektoru, chování při nabíjení a rozměry balení.

Schválení vzorku bez jeho testování v zařízení

Samotné testování na zkušebním stavu nemusí odhalit rušení kabelů, akumulaci tepla, konflikty signálu nebo chování při vypínání na straně zařízení.

Porovnání dodavatelů pouze podle jednotkové ceny

Nižší počáteční cena nemusí zahrnovat technickou podporu, vzorkování, validaci, dokumentaci nebo konzistenci výroby.

16. Kontrolní seznam pro výběr OEM baterie

Před schválením dobíjecí lithium-iontové baterie ověřte:

• Rozsah napětí zařízení je zdokumentován.

• Jmenovité a maximální napětí baterie jsou kompatibilní.

• Je definován průměrný, trvalý a špičkový proud.

• Cíl běhu je založen na realistickém výkonu zařízení.

• Rozměry baterie zahrnují konektor a BMS.

• Hmotnost je v rámci limitu zařízení.

• Formát a konfigurace buňky jsou vhodné.

• Požadavky BMS nebo PCM jsou potvrzeny.

• Je ověřena kompatibilita nabíječky.

• Konektor, délka kabelu a pinout jsou schváleny.

• Jsou definovány rozsahy provozních a nabíjecích teplot.

• Prototypové vzorky jsou testovány ve skutečném zařízení.

• Požadavky na kontrolu výroby jsou dokumentovány.

• Schválení technické změny je dohodnuto s dodavatelem.

FAQ

Jaká je nejdůležitější specifikace při výběru dobíjecí lithium-iontové baterie?

Prvním požadavkem je napěťová kompatibilita, ale před schválením musí být také vyhodnocen proud, využitelná energie, rozměry, BMS, nabíječka, konektor a provozní prostředí.

Jakou kapacitu baterie potřebuje OEM zařízení?

Kapacita závisí na průměrném výkonu zařízení, požadované době běhu, účinnosti systému, přerušení vybíjení a provozních podmínkách. Vytištěná hodnota mAh by neměla být považována za přesnou použitelnou kapacitu v hotovém produktu.

Je standardní baterie vhodná pro OEM výrobu?

Standardní balení může být vhodné, pokud jeho napětí, kapacita, rozměry, proud, konektor, ochrana a podmínky napájení odpovídají zařízení. Přizpůsobení je často potřeba, když má zařízení malý prostor nebo speciální elektrické požadavky.

Potřebují všechny dobíjecí lithium-iontové baterie BMS?

Požadovaný systém ochrany a řízení závisí na konfiguraci článku, chemii, nabíječce, proudu a aplikaci. Dodavatel by měl doporučit vhodnou architekturu ochrany pro hotové balení.

Měla by být baterie testována před zahájením sériové výroby zařízení?

Ano. Před hromadnou výrobou by měla být baterie otestována ve skutečném zařízení. Do schvalovacího plánu by měly být zahrnuty elektrické, mechanické, nabíjecí, provozní a okolní podmínky.

Jaké informace by měl kupující OEM zaslat výrobci baterie?

Uveďte rozsah napětí zařízení, výkon a proudový profil, cílovou dobu běhu, rozměry bateriového prostoru, hmotnostní limit, konektor, požadavky na kabel, způsob nabíjení, provozní prostředí, očekávané množství a požadované testování.

Závěr

Výběr dobíjecí lithium-iontové baterie pro zařízení OEM vyžaduje vyhodnocení na úrovni systému. Napětí a kapacita jsou důležitými výchozími body, ale jsou pouze částí rozhodnutí.

Finální balení musí také poskytovat požadovaný proud, osadit kryt, pracovat s nabíječkou, správně komunikovat se zařízením tam, kde je to nutné, obsahovat vhodnou ochranu a zůstat konzistentní během výroby.

Týmy OEM by měly před hromadnou výrobou připravit úplný list požadavků a ověřit baterii uvnitř skutečného zařízení.

Pro projekty vyžadující přizpůsobené rozměry, konfiguraci článků, BMS, design konektoru nebo kabelu kontaktujte společnost ZERNE, která vám poskytne podporu pro vlastní lithiovou baterii.