Liittimen valitseminen mukautetulle litiumparistolle

Liitin on sähköinen ja mekaaninen liitäntä mukautetun litiumakun ja isäntälaitteen välillä. Se kuljettaa virtaa, vaikuttaa jännitteen pudotukseen, määrittää akun asennustavan ja voi myös tarjota tasapaino-, lämpötila-anturi- tai tietoliikenneyhteyksiä.

OEM-projekteissa liittimen valinnan tulisi tapahtua samanaikaisesti akun suunnittelun kanssa. Nykyiseen prototyyppiin sopiva liitin voi silti aiheuttaa ongelmia massatuotannon aikana, jos se on vaikea koota, siitä puuttuu luotettava lukitusmekanismi, nostaa kotelon korkeutta tai ei sovi lopulliseen laturi- ja BMS-arkkitehtuuriin.

Kehittäessään mukautettua akkua ZERNE voi konfiguroida paketin vaaditun liittimen tyypin, kaapelin pituuden, johdon poistumiskohdan ja käyttöolosuhteiden mukaan. Voit tarkastella laajempaa räätälöityjä litiumakkuratkaisuja ennen liittimen teknisten tietojen laatimista.

Pikavastaus: Kuinka valitset akun liittimen?

Valitse akun liitin tarkistamalla nämä vaatimukset järjestyksessä:

1. Tarkista akun jännite ja suurin jatkuva ja huippuvirta.

2. Määritä, syöttääkö liitin purkausvirtaa, latausvirtaa vai molempia.

3. Vahvista tehon, tasapainon, lämpötilan mittaus- ja tiedonsiirtonastan lukumäärä.

4. Tarkista liitin, jako, korkeus, leveys, lukitustapa ja avain.

5. Valitse lankamittari virran, kaapelin pituuden, joustavuuden ja lämpötilan nousun mukaan.

6. Tarkista napaisuus, nastojen määritys, kosketusresistanssi ja suojaus virheellisyyttä vastaan.

7. Tarkista koko akku, liitin, kaapeli ja isäntälaitekokoonpano realistisissa olosuhteissa.

Liitintä ei tule valita pelkästään akun kapasiteetista mAh. 2 000 mAh:n pakkaus saattaa vaatia hyvin erilaisia ​​liitin- ja johtomäärityksiä riippuen siitä, kuluttaako laite 1A jatkuvasti, 8A ajoittain vai onko sillä korkea käynnistysvirta.

1. Aloita laitteen käyttöliittymästä, älä liittimen merkistä

Isäntälaite määrittää yleensä ensimmäisen liittimen rajoitukset. Ennen kuin vertaat liitinperheitä, dokumentoi, miten akku liitetään tuotteeseen.

Tärkeitä kysymyksiä ovat mm.

Nämä tiedot estävät yleisen suunnitteluvirheen: valitse ensin tuttu liitin ja yritä myöhemmin sovittaa akkupakkauksen ympärille.

Yksityiskohtaisen yleiskatsauksen siitä, kuinka liittimet sopivat laajempaan akkumääritykseen, katso opas litium-ioni-akun suunnittelu . Liitinpäätös on tässä kapeampi: se keskittyy valmiin akun ja laitteen väliseen rajapintaan.

2. Määritä sähkövaatimukset

Nimellisjännite ja maksimijännite

Liittimen on oltava yhteensopiva pakkauksen käyttöjännitteen ja suurimman latauksen aikana ilmenevän jännitteen kanssa. Merkittävä arvo ei ole vain akun nimellisjännite.

Esimerkiksi tyypillistä litiumakkukennoa voidaan kuvata 3,7 V:n nimellisjännitteellä, kun taas sen täyteen ladattu jännite on korkeampi. Monikennopaketti lisää liittimen ja kaapelin näkemää jännitettä.

Liittimen spesifikaatioiden tulee siis sisältää:

• akun nimellinen jännite;

• suurin latausjännite;

• odotettu käyttöjännitealue;

• purkauksen katkaisujännite tarvittaessa;

• käytetäänkö liitintä lataamiseen, purkamiseen vai molempiin.

Itse liittimellä voi olla nimellisjännite, mutta koko kokoonpano on myös tarkistettava eristyksen, etäisyyden, pin-nasta-asetelman ja isäntälaitteen sähkörakenteen suhteen.

Jatkuva virta

Jatkuva virta on normaalin käytön aikana odotettu virta. Se on yleensä ensimmäinen arvo, jota käytetään liittimen ja kaapelin suojaukseen.

Tasavirtakuorman perusarvio on:

Virta ≈ Teho ÷ Jännite

Jos laite kuluttaa 18 W nimellisjännitteisestä 7,4 V akusta:

18 W ÷ 7,4 V ≈ 2,43 A

Todellinen akkupuolen virta voi olla suurempi käytettäessä muuntajaa muunnoshäviöiden vuoksi:

Akun virta ≈ Lähtöteho ÷ (akun jännite × muuntimen hyötysuhde)

Liitin tulee arvioida todellisen virranpolun perusteella, ei vain laitteen nimellislähtötehoa.

Huippu- ja käynnistysvirta

Jotkut laitteet ottavat lyhytkestoista huippuvirtaa, kun moottori käynnistyy, radio lähettää, pumppu aktivoituu tai prosessori vaihtaa toimintatapaa. Keskimääräiselle virralle sopivassa liittimessä saattaa silti esiintyä liiallista jännitehäviötä tai kuumenemista näiden tapahtumien aikana.

Asiakirja:

• normaali käyttövirta;

• suurin jatkuva virta;

• huippuvirta;

• huipun kesto;

• toistotaajuus;

• käynnistys- tai käynnistysvirta.

Älä käytä liittimen otsikkovirta-arvoa tarkistamatta, miten tämä arvo määritettiin. Arvot voivat riippua ympäristön lämpötilasta, liittimien järjestelystä, johdon koosta, jännitteisten koskettimien määrästä ja sallitusta lämpötilan noususta.

3. Yhdistä liitin nykyiseen polkuun

Mukautettu litiumakkupaketti voi sisältää useita sähköpolkuja:

• tärkeimmät positiiviset ja negatiiviset purkausjohdot;

• latausjohdot;

• tasapaino johdot;

• NTC tai lämpötila-anturi johdot;

• viestintälinjat;

• tunnistus- tai lukituspiirit.

Kaikki akut eivät vaadi kaikkia näitä liitäntöjä. Liitin tulee valita todellisen järjestelmäarkkitehtuurin mukaan.

Päävirtaliitin

Pääliitin kuljettaa suurinta virtaa ja vaatii yleensä eniten huomiota:

• terminaalin kosketusvastus;

• langan poikkileikkauspinta-ala;

• parittelun luotettavuus;

• lukitusvoima;

• napaisuuden suojaus;

• lämpötilan nousu;

• kaapelin joustavuus.

Tasapaino- tai sensoriliitin

Tasapainoliitin voi kuljettaa pienempää virtaa, mutta vaatii silti tarkan nastan ja luotettavan kosketuksen. Se voi liittää yksittäisiä kennohanajohtoja laturiin tai akunhallintajärjestelmään.

Tasapainoliitintä ei pidä käsitellä päävirtaliittimen korvikkeena. Sillä on erilainen sähkötoiminto ja se voi vaatia erikokoisia johtoja, nastaväliä ja käsittelymenetelmiä.

Lämpötila- ja tiedonsiirtonastat

Älykäs akkupakkaus voi käyttää lisänastoja NTC-, SMBus-, CAN-, UART- tai muulle signaalirajapinnalle. Nämä nastat tarvitsevat oikean kohdistamisen, signaalin eheyden ja suojan vahingossa tapahtuvalta oikosulkulta.

Liittimen valinta tulee koordinoida BMS-arkkitehtuurin kanssa. Katso laajempi selitys suojausjärjestelmäpäätöksestä PCM vs. BMS LiPo-akuille.

4. Tarkista kosketinresistanssi ja jännitehäviö

Liitin on osa virtapiiriä. Pienestäkin resistanssista voi tulla tärkeä suuremmalla virralla.

Perussuhde on:

Jännitehäviö = Virta × Resistanssi

Liittimen kosketusreitillä syntyvä lämpö voidaan arvioida seuraavasti:

Tehohäviö = Virta² × Resistanssi

Esimerkiksi jos kosketusreitin kokonaisvastus on 10 mΩ ja virta on 6 A:

Jännitehäviö = 6 A × 0,010 Ω = 0,06 V Tehohäviö = 6² × 0,010 Ω = 0,36 W

Nämä laskelmat ovat alustavia. Lopputulos riippuu täydellisestä liittimestä, liittimestä, puristamisesta, johdosta, liitosliitännästä ja käyttölämpötilasta.

Suuri kosketusvastus voi aiheuttaa:

• alempi jännite laitteessa;

• heikentynyt moottorin tai toimilaitteen suorituskyky;

• lisälämmitys;

• vähentynyt tehokkuus;

• paikallinen lämpötilan nousu;

• epävakaa toiminta huippukuormituksen aikana.

Laitteissa, joissa on tiukat matalajänniterajat tai korkea virrantarve, kosketusresistanssi tulisi sisällyttää prototyypin testisuunnitelmaan sen sijaan, että se arvioitaisiin vain luettelon perusteella.

5. Valitse oikea johdinmitta

Akun liitin ja kaapeli on valittava yhtenä kokoonpanona. Suurvirtaliitin ei kompensoi alamittaista kaapelia.

Lankamitan valinta riippuu:

• jatkuva virta;

• huippuvirta;

• kaapelin pituus;

• sallittu jännitehäviö;

• ympäristön lämpötila;

• eristyksen lämpötilaluokitus;

• kaapelin joustavuus;

• käytettävissä oleva kotelointitila;

• reititys- ja taivutusolosuhteet.

AWG-järjestelmässä pienempi AWG-luku tarkoittaa yleensä suurempaa johtimia. AWG-numero ei kuitenkaan yksinään riitä suunnittelun vahvistamiseen. Lopullinen virtakyky riippuu kaapelin rakenteesta, eristyksestä, lämpötilasta ja asennusolosuhteista.

Pidemmät kaapelit lisäävät vastusta ja lisäävät siten jännitehäviöitä. Joustavat laitteet saattavat tarvita erilaisen kaapelirakenteen kuin kiinteä teollisuuskokoonpano, vaikka molemmissa olisi sama virta.

Akun valmistajan tulee saada vaadittu kaapelin pituus ja johtimen lähtökohta, ei vain liittimen nimi. ZERNE:n mukautettu akkupalvelu luettelee kaapelin pituuden, liittimen tyypin ja johdon lähtökohdan konfiguroitavina projektituloina.

6. Harkitse liittimen kokoa, lukitusta ja avainta

Sähköinen yhteensopivuus ei takaa mekaanista yhteensopivuutta.

Liittimen mitat

Tarkista koko asennettu kirjekuori:

• liittimen rungon korkeus;

• liittimen leveys ja pituus;

• terminaalin puhdistuma;

• kaapelin taivutussäde;

• salpa puhdistuma;

• tilaa asettamiseen ja poistamiseen;

• häiriöitä akkupussiin, koteloon tai BMS:ään;

• pääsy tuotantokokoonpanoon.

Liitin, joka sopii akkuun, mutta jota ei voida laittaa paikalleen kotelon kokoamisen jälkeen, aiheuttaa valmistusongelman.

Akkukäyttöisissä tuotteissa, joissa on tiukat lokerot, liittimen mitat tulee arvioida oheisen merkinnän ohella akkutilan suunnittelu , mukaan lukien välys, kaapelin reititys ja valmiin pakkauksen tila.

Lukitus ja kiinnitys

Kitkasoviteliitin voi olla riittävä suojattuun sisäiseen kokoonpanoon. Tärinälle, liikkeelle tai toistuvalle huollolle alttiina olevat laitteet voivat vaatia positiivisen lukituksen tai muun pidätysmenetelmän.

Kysyä:

• Voiko tärinä löysätä yhteyttä?

• Voiko käyttäjä irrottaa sen vahingossa?

• Onko lukitusmekanismi käytettävissä asennuksen jälkeen?

• Voidaanko liitin irrottaa kaapelia vahingoittamatta?

• Pysyykö salpa kiinni toistuvien paritusjaksojen jälkeen?

Avain- ja napaisuussuojaus

Näppäily auttaa estämään väärän pariutumisen. Napaisuussuojaus vähentää riskiä, ​​että akku kytketään päinvastaiseen suuntaan.

Liitinjärjestelmässä tulee olla selkeästi dokumentoitu:

• positiivinen terminaali;

• negatiivinen terminaali;

• signaali-pin järjestys;

• tasapaino lanka järjestys;

• lämpötila-anturi pin;

• viestintä pin;

• käyttämätön pin-käsittely.

Älä koskaan luota pelkästään langan väriin. Hyväksytyn piirustuksen tai kytkentätaulukon tulee määrittää nasta.

7. Valitse sovelluksen liitintyyppi

JST, Molex ja muut johdin-levy- tai johdin-johto-liitinperheet voivat sopia erilaisiin akkusovelluksiin. Mukautetut liitinkokoonpanot voivat olla sopivia myös silloin, kun laitteessa on epätavallisia tila-, kaapeli- tai integrointivaatimuksia.

Keskeinen kysymys ei ole 'Mikä merkki on paras?' Se on:

Mikä liitinarkkitehtuuri tarjoaa tälle laitteelle vaaditun sähköisen suorituskyvyn, mekaanisen pysyvyyden ja tuotantovarmuuden?

Kompakti puettava laite voi asettaa etusijalle:

• matala profiili;

• pieni piki;

• joustava kaapelin reititys;

• alhainen työntövoima;

• rajoitettu virta.

Teollinen laite voi priorisoida:

• suurempi virtakapasiteetti;

• vahvempi säilytys;

• paksumpi kaapeli;

• tärinänkestävyys;

• helpompi huollon vaihto.

Lääketieteellinen tai seurantatuote voi vaatia:

• ohjattu pinojen määritys;

• luotettava tunnistaminen;

• suojatut signaalikoskettimet;

• dokumentoidut kokoonpano- ja tarkastusmenettelyt.

Lukijat voivat viitata olemassa oleviin terminologioihin, kuten pääjohto, tasapainojohto, JST, Molex ja mukautetut liitinvaihtoehdot. LiPo-akun liittimen selitys . Valintapäätöksen tulisi sitten palata laitteen nykyiseen, mekaaniseen ja validointivaatimuksiin.

8. Koordinoi liitin laturin ja BMS:n kanssa

Liittimen rakenteen on vastattava koko akkujärjestelmää.

Tärkeitä koordinaatiopisteitä ovat mm.

• latausvirta;

• purkausvirta;

• solujen määrä;

• tasapainovaatimukset;

• lämpötilan mittaus;

• ylivirtasuojaus;

• ali- ja ylijännitesuoja;

• viestintäprotokolla;

• laturin puolen nastan määrittäminen;

• lataus- ja purkupolkujen erottaminen.

Esimerkiksi akkupakkaus voi käyttää yhtä liitintä virtalähteenä ja toista tasapainottamiseen tai tiedonsiirtoon. Muissa malleissa isäntälaite ja laturi voivat jakaa moninastaisen rajapinnan. Oikea ratkaisu riippuu BMS:stä, laturista ja laitearkkitehtuurista.

Liitin saa jäädyttää vasta, kun seuraavista on sovittu:

1. akkukennokokoonpano;

2. suojelustrategia;

3. laturin käyttöliittymä;

4. isäntälaitteen pinout;

5. kaapelin pituus ja ulostulon sijainti;

6. lataus- ja purkurajoitukset.

Liitin ei voi korjata yhteensopimatonta laturia tai väärin määritettyä suojausjärjestelmää.

9. Valmistele liittimen tekniset tiedot akun valmistajalle

Selkeä liitinpyyntö auttaa valmistajaa arvioimaan toteutettavuutta ja laatimaan tarkan näytteen.

Anna seuraavat tiedot:

Akun valmistaja voi suositella toista liitintä, jos pyydetty vaihtoehto ei täytä virta-, tila- tai tuotantovaatimuksia. Vaihto tulee hyväksyä päivitetyn piirustuksen, näytteen ja pinout-vahvistuksen avulla.

10. Vahvista liitin prototyyppitestauksen aikana

Liittimen validoinnin tulee olla osa akun näytteen hyväksyntää, ei jälkikäteen.

Käytännön OEM-validointisuunnitelma voi sisältää:

Sähkötarkastukset

• tarkista napaisuus ja nastan määritys;

• tarkista jatkuvuus;

• mittaa jännitehäviö edustavan virran alapuolella;

• tarkista kosketusresistanssi tarvittaessa;

• vahvistaa lataus- ja purkureitit;

• tarkista tasapaino ja lämpötilan mittausliitännät;

• tarkkaile liittimen lämpötilaa normaalin ja huipputoiminnan aikana.

Mekaaniset tarkastukset

• vahvistaa parittelu- ja purkamisvoima;

• tarkasta salvan kiinnitys;

• tarkista kaapelin vedonpoisto;

• tarkista liittimen välys kotelossa;

• tarkasta kaapelin taivutus ja reititys;

• testaa toistuva paritus, jos tuote on käyttökelpoinen.

Ympäristö- ja järjestelmätarkastukset

• arvioi toiminta aiotulla lämpötila-alueella;

• tarkista suorituskyky tärinän tai liikkeen alaisena;

• tarkasta ajoittainen kosketus;

• tarkista liitin kuljetuksen tai käsittelyn jälkeen;

• varmista, että valmis akkupaketti ei häiritse koteloa.

Katso laajempi näytteen hyväksymisprosessi, katso Kuinka validoida mukautettu LiPo-akkunäyte ennen massatuotantoa.

11. Yleiset akkuliittimen valinnan virheet

Valinta vain kapasiteetin mukaan

Kapasiteetti ilmaisee, kuinka paljon latausta pakkaus säilyttää. Se ei määrittele vaadittua liitinvirtaa, kaapelin kokoa tai huippukuormitussuorituskykyä.

Vastaa vain pistokkeen muotoa

Kaksi liitintä voi näyttää samanlaiselta, vaikka niillä on erilaiset liittimet, liitinkoot, lukitustavat tai virtaominaisuudet.

Latauspolun huomioiminen

Sekä lataamiseen että purkamiseen käytettävän liittimen on arvioitava suurin virta molempiin suuntiin.

Käytä liitintä tarkistamatta kaapelin reititystä

Liitin saattaa sopia piirilevyyn tai akkukoteloon, mutta epäonnistuu, kun kaapelin täytyy taipua kotelon ympärille.

Langan väriin luottaen

Langan väri voi vaihdella toimittajan tai kokoonpanon mukaan. Käytä kontrolloitua pinout-piirustusta ja tarkista valmis näyte.

Ylisuuren liittimen valinta tarkistamatta koteloa

Liitin, jolla on suurempi virtakapasiteetti, voi myös vaatia enemmän korkeutta, välystä ja taivutussädettä. Mekaaniset kustannukset voivat ylittää sähköisen hyödyn.

Odotellaan massatuotantoa

Liittimen vaihtaminen työkalujen, kaapelikiinnikkeiden tai kotelon validoinnin jälkeen voi vaikuttaa akkuun, isäntälaitteeseen ja tuotantoprosessiin samanaikaisesti.

12. Akun liittimen valinnan tarkistuslista

Ennen kuin hyväksyt mukautetun litiumakun liittimen, varmista:

• Isäntäpuolen liitin tunnistettu.

• Nimellis- ja maksimijännite vahvistettu.

• Jatkuva, huippu- ja käynnistysvirta dokumentoitu.

• Lataus- ja purkausreitit määritelty.

• Päävirta- ja signaalinastat tunnistettu.

• Saldo-, NTC- tai viestintävaatimukset vahvistettu.

• Liittimen mitat sopivat koteloon.

• Kaapelin pituus ja ulostulon asento hyväksytty.

• Johdinmittari ja jännitehäviön tavoite määritelty.

• Napaisuus ja avain tarkastettu.

• Lukitus- ja vedonpoistovaatimukset vahvistettu.

• Pinout-piirustus tarkistettu.

• Prototyyppinäyte sähköisesti testattu.

• Mekaaninen kiinnitys ja kaapelin reititys validoitu.

• Tuotannon kokoonpano ja tarkastusmenetelmä sovittu.

FAQ

Mikä on tärkein tekijä akkupakkauksen liittimen valinnassa?

Virta on yksi tärkeimmistä tekijöistä, mutta sitä tulee arvioida yhdessä jännitteen, kosketusresistanssin, johdinmitan, mekaanisen pidätyksen, nastan ja käyttöympäristön kanssa.

Voinko käyttää samaa liitintä lataukseen ja purkamiseen?

Joskus, mutta vain silloin, kun liitin, kaapeli, laturi, BMS ja isäntälaite on suunniteltu yhdistetylle virtatielle. Erilliset lataus- ja purkausreitit voivat olla sopivampia joissakin järjestelmissä.

Sopiiko JST-liitin litiumakulle?

JST-liitin voi sopia tiettyihin kompakteihin tai matalavirtasovelluksiin, mutta soveltuvuus riippuu tarkasta sarjasta, liitinjärjestelystä, johdin koosta, virtaprofiilista ja mekaanisista olosuhteista. Liittimen nimi ei yksin riitä hyväksyntään.

Tarvitsenko tasapainoliittimen?

Tasapainoliitin tarvitaan vain, kun akun arkkitehtuuri ja laturi tai BMS tarvitsevat yksittäisiä kennoliitäntöjä. Sitä ei pitäisi lisätä vahvistamatta kennokokoonpanoa ja suojaussuunnittelua.

Kuinka määritän liittimen akun valmistajalle?

Ilmoita isäntäliittimen osanumero, jännite, jatkuva ja huippuvirta, kaapelin pituus, johdinmitta, liitin, kaapelin ulostulon sijainti, käytettävissä oleva tila, lukitusvaatimus ja odotetut validointitestit.

Pitäisikö liitin valita ennen akun suunnittelua?

Liitin tulee määrittää ajoissa, mutta se tulee viimeistellä yhdessä kennokokoonpanon, BMS:n, laturin, kotelon ja kaapelin reitityksen kanssa. Varhainen koordinointi vähentää uudelleensuunnittelun riskiä.

Johtopäätös

Mukautetun litiumakun liittimen valitseminen on käyttöliittymäsuunnittelupäätös, ei vain komponenttien valintatehtävä. Oikean ratkaisun tulee kuljettaa vaadittu virta, ylläpitää hyväksyttävä jännitehäviö, sopia koteloon, estää virheellinen yhteensopivuus ja pysyä luotettavana tuotannon ja huollon aikana.

OEM-tiimien tulee toimittaa akun valmistajalle isäntäliitin, virtaprofiili, liitäntä, kaapelivaatimukset, mekaaninen kuori ja validointiehdot. Liitin voidaan sitten integroida akkukennoihin, BMS:ään, laturiin ja pakkauskoteloon yhtenä testattuna kokoonpanona.

Jos projekti vaatii mukautetun akun tietyllä liittimellä, kaapelin pituudella tai johdon poistumisasennolla, ota yhteyttä ZERNE:n räätälöity akkutiimi tai tutustu laajemmin litiumparistopakkausten valmistus- ja suunnitteluratkaisut.