LiPo vs. NiMH-akut: mikä muuttuu, kun OEM suunnittelee uudelleen ladattavan laitteen?

OEM-valmistaja voi harkita NiMH-paketin vaihtamista tehdäkseen seuraavasta laitteestaan ​​ohuemman tai kevyemmän. Uusi LiPo-akku sopii koteloon ja sen nimellisjännite näyttää läheltä alkuperäispakkausta.

Tämä on lähtökohta, ei todiste yhteensopivuudesta.

Muutto kohteeseen ladattavat litiumpolymeeriakut voivat muuttaa laturia, suojausjärjestelmää, sammutuslogiikkaa ja palvelujärjestelyä. Se voi myös vaikuttaa siihen, miten tuote käyttäytyy olemassa olevassa lataustelakointiasemassa.

Uudelleensuunnittelu tulisi siksi aloittaa koko laitteesta. Käsittele akkua, elektroniikkaa ja koteloa toisiinsa liittyvinä teknisinä päätöksinä sen sijaan, että se olisi kenno-kenno-vaihto.

Pikavastaus: Mikä muuttuu siirryttäessä NiMH:sta LiPo:hon?

OEM-valmistajan tulee tarkistaa koko virtajärjestelmä, vaikka molemmilla akkukokoonpanoilla olisi samanlaiset nimellisjännitteet.

Tärkeimmät muutokset voivat sisältää:

• Sarjasolujen määrä ja laitteen käyttökelpoinen tulojännitealue.

• Lataustapa, päättäminen ja lämpötilan säätimet.

• Akun suojaus ja normaali laitteen sammutus.

• Akun säilytys, johdotus ja asennetut välykset.

• Käyttöaika, valmiustilan kulutus ja pariston heikkenemisen ilmaisin.

• Telakan yhteensopivuus, mallin tunnistus ja huolto-ohjeet.

NiMH-laturia ei pidä olettaa soveltuvan LiPo:lle. Sopiva liitin, onnistunut käynnistys tai vastaava mAh-luku ei takaa turvallista vaihtoa.

Aloita uudelleensuunnittelun syystä

Määrittele tuotteen parannus ennen uuden kemian valitsemista.

Onko tavoitteena ohuempi kotelo, pienempi massa, pidempi käyttöaika vai erilainen latausliitäntä? Tarvitseeko laite sisäisen akun irrotettavien vakiokennojen sijaan?

Nämä tavoitteet voivat johtaa erilaisiin ratkaisuihin. LiPo-pussi voi tukea tasaisempaa asettelua, mutta käyttäjän vaihdettavien NiMH-kennojen pitäminen voi sopia paremmin toisen tuotteen palvelutarpeisiin.

Dokumentoi myös se, mikä ei voi muuttua. Olemassa olevat telakat, hyväksytty elektroniikka, työkalut ja kenttähuoltojärjestelyt voivat rajoittaa uudelleensuunnittelua enemmän kuin käytettävissä oleva akkutila.

Käytä mukautetut akun suunnitteluvaatimukset erottamaan kiinteät rajoitukset tarkastettavissa olevista vaihtoehdoista. Tämä antaa suunnittelulle ja hankinnoille yhteisen perustan ehdotusten vertailulle.

Vertaa olemassa olevaa järjestelmää ehdotettuun järjestelmään

NiMH tarkoittaa nikkelimetallihydridiä. Sen yleinen nimelliskennon jännite on noin 1,2 V.

Tässä vertailussa LiPo tarkoittaa yhteistä nimellistä 3,7 V litiumionipolymeeripussia. Monet tällaiset kennot käyttävät 4,2 V:n latausrajaa. Muut LiPo-versiot vaativat omat tekniset tiedot.

Kumpikaan nimellisarvo ei kuvaa koko toiminta-aluetta.

Tallenna olemassa oleva suunnittelu sen sijaan, että luottaisi kaikkiin NiMH-tuotteista oleviin oletuksiin. Erilaiset laturit ja akkurakenteet voivat vaatia erilaisia ​​uudelleensuunnittelutöitä.

Rakenna jännitteen tarkistus uudelleen solujen määrän mukaan

Yhdellä LiPo-kennolla on korkeampi nimellisjännite kuin yhdellä NiMH-kennolla. Olemassa oleva NiMH-laite voi kuitenkin käyttää useita soluja sarjassa.

Esimerkiksi yhteiset nimellisarvot antavat:

• Kaksi sarjaa NiMH-kennoja: noin 2,4 V.

• Kolme sarjaa NiMH-kennoja: noin 3,6 V.

• Neljä sarjan NiMH-kennoa: noin 4,8 V.

Yksi nimellinen 3,7 V LiPo kenno ei vastaa sähköisesti kaikkia kolmea järjestelyä.

Tarkista todelliset ladatut ja purkautuneet jännitteet, mukaan lukien kuormitukseen liittyvä jännitehäviö. Tarkista säätimet, moottorit, näytöt ja muut akkuvirtaan kytketyt piirit.

Miksi kolme NiMH-kennoa ovat hyödyllinen vertailu?

Kolmella NiMH-kennolla on nimellispakkausjännite lähellä yhteistä yksittäistä LiPo-kennoa. Tämä tekee ehdotuksesta tutkimisen arvoisen, mutta ei tee siitä suoraa korvaamista.

Laturi käyttää edelleen erilaista akun ohjausstrategiaa. Laitteen varoituskynnykset ja sammutuskäyttäytyminen on myös tarkistettava valitun LiPo-solun suhteen.

Älä vaihda vain akkua, mutta jätä laturiin tai laiteohjelmistoon tarkistamattomia oletuksia.

Vertaa pakkauksen energiaa lisäämättä sarjakapasiteettia

Tarkastellaan hypoteettista pakettia, joka sisältää kolme identtistä 1,2 V:n, 1500 mAh:n NiMH-kennoa sarjassa.

Sen nimellisjännite on noin 3,6 V, kun taas sen kapasiteetti on 1500 mAh – ei 4500 mAh.

Käyttämällä nimellisarvoja:

• NiMH-paketti: 3,6 V × 1,5 Ah ≈ 5,4 Wh.

• Yksittäinen LiPo-ehdokas: 3,7 V × 1,5 Ah ≈ 5,55 Wh.

Nämä ovat havainnollistavia laskelmia, eivät ZERNE-tuotearvioita. Ne osoittavat, miksi solujen määrän vähentäminen ei automaattisesti lisää ajonaikaa.

Todellinen käyttöenergia riippuu purkauskäyttäytymisestä, laitteen katkaisusta ja muunnoshäviöistä. Mittaa molemmat kokoonpanot saman laitetehtävän alla, ennen kuin vaadit suoritusajan parannusta.

Vaihda latausoletukset, ei vain akku

NiMH-latausjärjestelmät voivat käyttää jännitepiikkien ilmaisua, negatiivisen kolmiojännitteen tunnistusta, lämpötilan säätimiä tai ajastettua latausta. Menetelmä riippuu kennon ja laturin suunnittelusta.

Joissakin järjestelmissä käytetään myös hallittua lisäys- tai ylläpitolatausta. Näitä järjestelyjä ei saa siirtää automaattisesti LiPolle.

Yleinen 3,7 V:n LiPo-malli vaatii litiumyhteensopivan latausohjauksen, joka on sovitettu sen määritettyihin jännite- ja virtarajoihin. Suojalevy ei muuta NiMH-laturia kyseiseksi latausjärjestelmäksi.

Irrota ulkoinen lähde laturista

Sovitin tai telakka voi syöttää vain virtaa, kun latauspiiri on laitteen sisällä. Toisessa mallissa telakka voi sisältää latausohjaimen.

Tunnista, missä latausta todella valvotaan, ennen kuin päätät, mitkä osat voivat jäädä.

Olemassa olevaa ulkoista virtalähdettä voidaan käyttää uudelleen vasta sen jälkeen, kun sen sähköiset ominaisuudet ja järjestelmän yhteensopivuus on varmistettu. Sen liittimen muoto ei vahvista tätä yhteensopivuutta.

Vastaavasti USB-tulon lisääminen ei tarkoita, että USB-virta voidaan kytkeä suoraan litiumkennoon.

Tarkista Multi-Chemistry Hardware huolellisesti

Jotkut latausohjaimet tukevat useita kemikaaleja. Tämä ei todista, että koottu piiri on konfiguroitu oikein ehdotetulle akulle.

Tarkista todellinen kokoonpano ja tukikomponentit. Vahvista valitun kennon latausrajat, lämpötilan takaisinkytkentä, päättäminen ja käyttökuormitus.

Käytä isäntä-laturin integrointivaatimukset uuteen järjestelyyn. Säilytä vain vahvistetut rajapinnat, älä niitä, jotka toimivat vain vanhan paketin kanssa.

Koordinaattisuojaus normaalilla laitteen sammutuksella

LiPo-akku vaatii valitulle kennolle ja sovellukselle sopivan suojajärjestelyn. Tämä on ilmoitettava isäntäelektroniikan ja laturin kanssa.

Erottele kolme toimintoa:

• Latausohjaus hallitsee aiottua latausprosessia.

• Laiteohjaus hallitsee normaalia toimintaa, varoituksia ja sammutuksia.

• Akun suojaus reagoi sen määrittelemiin vikatiloihin.

Älä käytä rutiininomaista suojakatkaisua normaalina alhaisen akun strategiana. Sen vuoksi tuote ei voi antaa suunniteltua varoitusta tai valvottua sammutusta.

Tarkista myös käynnistys- ja huippukuormitukset. Uuden akun, suojapiirin ja liitäntöjen on kestettävä mitattu kysyntä ylittämättä hyväksyttyjä rajoja.

Jos lämpötilan palautetta tarvitaan, määritä sen anturi ja liitäntä. Kaksi virtajohtoa tai tuttu liitin eivät varmista, että isäntä vastaanottaa akun lämpötilatietoja.

Suunnittele uudelleen säilyttäminen uutta akkurakennetta varten

Sylinterimäisten kennojen poistaminen voi luoda hyödyllistä tilaa, mutta poistaa myös alkuperäisen pidikkeen ja sen säilytystavan.

Pussia akkua ei saa yksinkertaisesti painaa olemassa olevien ripojen ja koskettimien väliin.

Tarkista valmis akun kuori, mukaan lukien suojaus, eristys, kaapelin ulostulo ja liitin. Pidä pussi poissa terävistä reunoista, ruuvien päistä ja liikkuvista osista.

Määrittele säilytys- ja mittavarat toimittajatietojen ja mekaanisen validoinnin avulla. Älä taivuta tai purista tavallista pussia palauttaaksesi vanhan pakkauksen muodon.

Päätä myös, onko akku käyttäjän vaihdettavissa vai tuleeko siitä huolto-osa. Sisäinen pussi voi muuttaa pääsyä, vaihtomenettelyjä ja vaaditun varaosan tunnistetta.

Arvioi uusi massajakauma kootussa laitteessa. Vaaleampi solu ei ole automaattisesti parempi kädessä pidettävä asettelu, jos sen sijainti luo hankalan tasapainon.

Mittaa valmiustila ja tallennettu valmius uudelleen

Kennojen itsepurkautuminen on vain yksi energiahäviön lähde käyttökertojen välillä.

Uudelleen suunniteltu tuote voi lisätä suojaelektroniikkaa, lataustilapiirejä, polttoainemittarin tai uusia valmiustoimintoja. Sisällytä niiden kulutus laitetason mittaukseen.

Älä oleta, että kaikilla NiMH-ehdokkailla on identtinen varauksenpidätyskyky. Alhaisen itsepurkauksen muunnelmia on olemassa, ja varsinaisella kennomäärityksellä on väliä.

Vertaa laitteita määritellyn seisontajakson jälkeen ja aiotuissa säilytysolosuhteissa. Tarkista sitten, suorittaako jokainen vaaditun tehtävän.

Tarkista myös pariston heikon ilmoitus. Monikennoiselle NiMH-paketille kehitettyjä kynnysarvoja ei pitäisi kopioida LiPo-malliin ilman validointia.

Estä sekaannukset vanhojen ja uusien tuoteversioiden välillä

Akun uudelleensuunnittelu voi aiheuttaa huoltoriskin, kun vanhat ja uudet osat näyttävät vaihdettavissa olevilta.

Tarkista laitteen, akun, telakan ja varaosien yhdistelmät, joita käyttäjät tai huoltotiimit voivat kohdata.

Päätä, tarvitseeko uudistettu malli erilaisia ​​avaimia, tunnisteita, tarroja tai hyväksyttyjä lisävarusteviittauksia. Älä luota johdon väriin tai muuttumattomaan liittimeen tunnistaaksesi yhteensopimattomat kokoonpanot.

Jos kotelo pysyy visuaalisesti samanlaisena, tee tuotteen versiosta jäljitettäväksi. Huolto-ohjeissa tulee mainita sallittu akku ja latausjärjestely jokaista versiota varten.

Tämä on erityisen tärkeää, kun vanhemmat NiMH-tuotteet jäävät käyttöön LiPo-version julkaisun jälkeen.

Vahvista uudelleensuunnittelu alkuperäistä tuotevaatimusta vasten

Testaa koko uudelleen suunniteltua laitetta tuotantotarkoituksessa käytettävien komponenttien avulla. Onnistunut käynnistystarkistus ei ole vapauttamiskriteeri.

Tarkista yhteensopimattomat yhdistelmät suunnitteluanalyysin ja pätevien turvallisuusmenettelyjen avulla. Älä liitä LiPo-akkua vahvistamattomaan vanhaan NiMH-laturiin epävirallisen kokeilun vuoksi.

Käytä kunkin kemian hyväksyttyä latausmenettelyä ennen suoritusten vertailua. Pidä laiteasetukset, ympäristöolosuhteet ja tehtävämääritykset hallinnassa.

Tarkista myös, mitkä nykyiset testiraportit ja tuoteasiakirjat ovat edelleen voimassa. Edellisen kokoonpanon tietueiden ei pitäisi olettaa sisältävän kemian muutosta.

Kun NiMH:n pitäminen voi olla parempi projektipäätös

Uudelleensuunnittelusta on hyötyä vain silloin, kun se tuottaa merkityksellistä tuoteetua projektin rajoitusten puitteissa.

NiMH:n säilyttäminen voi olla järkevää, kun olemassa oleva järjestelmä täyttää ajonaikaiset tarpeet ja standardoitu vaihto on edelleen tärkeää. Sillä voidaan myös välttää muutoksia vakiintuneeseen veloitus- ja palvelujärjestelyyn.

LiPo saattaa ansaita kehittämistä, kun ohut pakkaus, asennettu massa tai tarkistettu latauskokemus oikeuttaa suunnittelutyön.

Vertaa koko toteutusta: akku, elektroniikka, työkalut, validointi ja huoltomuutokset. Kumpikaan kemia ei ole automaattisesti halvempi tai pidempi käyttöikä vaihtoehto jokaiselle tuotteelle.

FAQ

Kuinka OEM-valmistajien tulisi verrata LiPo:ta ja NiMH:ta laitteen uudelleensuunnittelussa?

Vertaa olemassa olevia ja ehdotettuja sähköjärjestelmiä samoihin tuotevaatimuksiin. Tarkista jännitealue, lataus, suojaus, käyttöaika, mekaaninen integrointi ja huoltojärjestelyt. Pelkästään kemian vertailu ei voi määrittää, onko uudelleensuunnittelu kannattavaa.

Tekeekö samanlainen jännite LiPo vs NiMH suoran korvaavan?

Ei. Kolmella NiMH-kennolla on nimellisjännite lähellä yhteistä yksittäistä LiPo-kennoa, mutta niiden latausvaatimukset vaihtelevat. Myös laitteen sammutus, suojaus ja koko toiminta-alue vaativat tarkastelua.

Millä latauseroilla on merkitystä LiPo- ja NiMH-malleissa?

NiMH-laturit voivat käyttää jännite-, lämpötila- ja ajoitusmenetelmiä, jotka ovat sopivia nikkelipohjaisille kennoille. LiPo tarvitsee latauksen ohjauksen, joka on sovitettu valittuun litiumkennoon. Älä siirrä NiMH-ylläpitolatausta tai oleta, että jaettu liitin tekee laturista yhteensopivan.

Voidaanko olemassa olevaa lataustelakkaa käyttää uudelleen?

Mahdollisesti, mutta vasta sen roolin tunnistamisen jälkeen. Virtalähdetelakka eroaa latausohjaimen sisältävästä telakasta. Tarkista koko sähköinen käyttöliittymä, latauskäyttäytyminen ja erottelu vanhojen ja uusien tuoteversioiden välillä.

Toimiiko yksi LiPo-kenno kolme kertaa enemmän kuin kolme NiMH-kennoa?

Ei automaattisesti. Sarjakytketyt NiMH-kennot lisäävät jännitettä, eivät yksittäisiä mAh-arvoja. Vertaa paketin wattitunteja ja mitattua käyttöenergiaa samassa tehtävässä. Vähemmän soluja ei yksinään luo ajonaikaista kertojaa.

Voiko LiPo-suojalevy vaihtaa oikean laturin?

Ei. Suojaus ja normaali lataussäätö palvelevat eri tehtäviä. Laturin on täytettävä valitun solun hyväksytyt vaatimukset. Isännän tulee myös hallita normaalia varoitus- ja sammutuskäyttäytymistä turvautumatta rutiininomaisiin suojausajoihin.

Johtopäätös

LiPo vs NiMH tulee laitteen uudelleensuunnittelukysymykseksi, kun akun kemia muuttuu.

Aloita tuotteen tarvitsemalla parannuksella. Tarkista sitten solujen määrä, koko jännitealue, latauksen ohjaus, suojaus, pakkaus ja palvelun yhteensopivuus.

Vahvista tarkistettu tuote samaa käyttötehtävää vastaan ​​ja tunnista selkeästi sen hyväksytty akku ja laturi. LiPo-suunnittelun tulee ansaita hyväksyntä mitattavissa olevien tuotehyötyjen, ei samanlaisen nimellisjännitteen tai oletetun kemiallisen edun ansiosta.

Pyydä LiPo Redesign -arviointi

Jaa nykyiset NiMH-kokoonpanosi, laitteen tulorajat, latausjärjestelyt ja uudelleensuunnittelutavoitteesi ZERNE:n kanssa. Pyydä mukautettua LiPo-akun tarkistusta keskustellaksesi sopivista akun mitoista, kapasiteetista, suojauksesta ja liitännöistä ehdotettuun tuoteversioon.