लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन: वोल्टेज, क्षमता, बीएमएस और रनटाइम

लिथियम-आयन बैटरी पैक को केवल क्षमता से परिभाषित नहीं किया जाता है। एक उपयुक्त पैक को आवश्यक वोल्टेज प्रदान करना चाहिए, पर्याप्त उपयोग योग्य ऊर्जा प्रदान करनी चाहिए, डिवाइस की वर्तमान मांग का समर्थन करना चाहिए, उपलब्ध स्थान को फिट करना चाहिए और सही सुरक्षा कार्यों को शामिल करना चाहिए।

किसी ओईएम प्रोजेक्ट के लिए, बैटरी पैक डिज़ाइन में निम्नलिखित निर्णय भी शामिल होते हैं:

• सेल चयन

• श्रृंखला और समानांतर विन्यास

• नाममात्र वोल्टेज

• क्षमता

• शिखर और सतत धारा

• बीएमएस या पीसीएम

• चार्जिंग विधि

• कनेक्टर और केबल

• यांत्रिक एकीकरण

• परिचालन तापमान

• अपेक्षित रनटाइम

• परीक्षण और उत्पादन आवश्यकताएँ

एक बैटरी पैक में सही क्षमता लेकिन गलत वोल्टेज हो सकता है। यह पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकता है लेकिन चरम वर्तमान मांग के दौरान विफल हो जाता है। यह बाड़े में फिट हो सकता है लेकिन होस्ट डिवाइस के लिए आवश्यक सुरक्षा या संचार कार्यों का अभाव है।

यह मार्गदर्शिका लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन के मुख्य सिद्धांतों की व्याख्या करती है और दिखाती है कि विस्तृत विकास में जाने से पहले ओईएम टीमें इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल और सिस्टम आवश्यकताओं को कैसे जोड़ सकती हैं।

वाणिज्यिक बैटरी पैक समाधानों के लिए, ZERNE's देखें लिथियम बैटरी पैक . उत्पाद पृष्ठ उत्पाद और समाधान संबंधी पूछताछ के लिए है, जबकि यह लेख बैटरी पैक डिज़ाइन के पीछे के इंजीनियरिंग निर्णयों पर केंद्रित है।

त्वरित उत्तर: लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन में क्या विचार किया जाना चाहिए?

लिथियम-आयन बैटरी पैक को निम्नलिखित कारकों का मिलान करके डिज़ाइन किया जाना चाहिए:

1. आवश्यक ऑपरेटिंग वोल्टेज

2. लक्ष्य क्षमता और प्रयोग करने योग्य ऊर्जा

3. निरंतर और चरम धारा

4. श्रृंखला और समानांतर सेल विन्यास

5. बीएमएस या पीसीएम सुरक्षा कार्य

6. चार्जिंग वोल्टेज और चार्जिंग करंट

7. उपलब्ध बैटरी कम्पार्टमेंट

8. कनेक्टर और केबल आवश्यकताएँ

9. परिचालन और भंडारण तापमान

10. आवश्यक रनटाइम

11. परीक्षण और अनुपालन आवश्यकताएँ

12. अपेक्षित उत्पादन मात्रा

सही डिज़ाइन वह है जो सुरक्षित और दोहराए जाने योग्य उत्पादन को बनाए रखते हुए मेजबान डिवाइस की विद्युत और यांत्रिक आवश्यकताओं को पूरा करता है।

1. होस्ट डिवाइस आवश्यकताओं से प्रारंभ करें

बैटरी पैक डिज़ाइन डिवाइस से शुरू होना चाहिए, बैटरी मॉडल से नहीं।

सेल का चयन करने से पहले, OEM टीम को परिभाषित करना चाहिए:

• डिवाइस ऑपरेटिंग वोल्टेज

• अधिकतम इनपुट वोल्टेज

• न्यूनतम ऑपरेटिंग वोल्टेज

• लगातार बिजली की मांग

• स्टार्टअप या चरम बिजली की मांग

• अपेक्षित परिचालन समय

• चार्जिंग विधि

• उपलब्ध बैटरी स्थान

• कनेक्टर और केबल की स्थिति

• परिचालन तापमान

• उत्पाद जीवनचक्र

• अपेक्षित उत्पादन मात्रा

बैटरी का मूल्यांकन संपूर्ण विद्युत प्रणाली के भाग के रूप में किया जाना चाहिए। चार्जर, पावर-मैनेजमेंट सर्किट, मोटर, कंट्रोलर, डिस्प्ले, संचार मॉड्यूल और अन्य लोड सभी बैटरी विनिर्देश को प्रभावित कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, एक उपकरण केवल एक छोटे औसत करंट का उपभोग कर सकता है लेकिन जब मोटर चालू होती है या वायरलेस मॉड्यूल संचारित होता है तो उसे उच्च करंट पल्स की आवश्यकता होती है। यदि केवल औसत शक्ति पर विचार किया जाए, तो बैटरी उपयुक्त दिखाई दे सकती है लेकिन वास्तविक संचालन के दौरान विफल हो जाती है।

आकार, क्षमता, वोल्टेज, बीएमएस और कनेक्टर जैसी OEM आवश्यकताओं के लिए, ZERNE कस्टम बैटरी समाधान एक प्रासंगिक व्यावसायिक प्रवेश बिंदु प्रदान करते हैं।

2. आवश्यक बैटरी वोल्टेज का चयन करें

वोल्टेज यह निर्धारित करता है कि बैटरी डिवाइस की विद्युत प्रणाली के साथ काम कर सकती है या नहीं।

कई मानक लिथियम-आयन और लिथियम-पॉलीमर कोशिकाओं के लिए, सामान्य नाममात्र वोल्टेज लगभग 3.6 V या 3.7 V है, जबकि पूर्ण-चार्ज वोल्टेज आमतौर पर 4.2 V के आसपास है। सटीक मान सेल रसायन विज्ञान और विनिर्देश पर निर्भर करते हैं।

जब सेलों को श्रृंखला में जोड़ा जाता है, तो वोल्टेज बढ़ जाता है।

ये मान मानक ली-आयन या लीपो कॉन्फ़िगरेशन के लिए सामान्य संदर्भ बिंदु हैं। वास्तविक बैटरी डिज़ाइन को चयनित सेल डेटाशीट और चार्जिंग सिस्टम आवश्यकताओं का पालन करना चाहिए।

डिवाइस की इनपुट वोल्टेज रेंज की सावधानीपूर्वक जांच की जानी चाहिए। 7.4 V लेबल वाली बैटरी पूरे ऑपरेशन के दौरान ठीक 7.4 V पर नहीं रहती है। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान इसका वोल्टेज बदलता रहता है।

नाममात्र वोल्टेज और ऑपरेटिंग वोल्टेज

ओईएम इंजीनियरों को इनमें अंतर करना चाहिए:

• नाममात्र वोल्टेज

• फुल-चार्ज वोल्टेज

• विशिष्ट ऑपरेटिंग वोल्टेज

• कटऑफ वोल्टेज

• डिवाइस न्यूनतम इनपुट वोल्टेज

• डिवाइस अधिकतम इनपुट वोल्टेज

एक उपकरण जो केवल एक संकीर्ण वोल्टेज रेंज को स्वीकार करता है, उसे डीसी-डीसी कनवर्टर, वोल्टेज नियामक या विशिष्ट बैटरी प्रबंधन रणनीति की आवश्यकता हो सकती है।

व्यावहारिक उदाहरण: 7.4 वी डिवाइस के लिए बैटरी चुनना

यदि किसी OEM डिवाइस को लगभग 7.4 V के नाममात्र बैटरी वोल्टेज की आवश्यकता होती है, तो एक विशिष्ट समाधान श्रृंखला में दो 3.7 V कोशिकाओं का उपयोग कर सकता है, जिसे 2S कॉन्फ़िगरेशन के रूप में जाना जाता है।

हालाँकि, डिज़ाइन टीम को अभी भी जाँच करनी होगी:

• क्या डिवाइस फुल-चार्ज वोल्टेज स्वीकार करता है

• क्या चार्जर 2S पैक को सपोर्ट करता है

• क्या सेल संतुलन आवश्यक है

• क्या बीएमएस दो श्रृंखला कोशिकाओं का समर्थन करता है

• क्या उपकरण न्यूनतम पैक वोल्टेज पर काम कर सकता है

श्रृंखला और समानांतर विन्यास की अधिक केंद्रित तुलना के लिए, देखें श्रृंखला बनाम समानांतर बैटरी पैक.

3. आवश्यक क्षमता निर्धारित करें

क्षमता बताती है कि बैटरी कितना विद्युत चार्ज संग्रहित कर सकती है और इसे आमतौर पर मिलीएम्प-घंटे या एम्प-घंटे में व्यक्त किया जाता है।

हालाँकि, अकेले क्षमता उपलब्ध ऊर्जा का पूरी तरह से वर्णन नहीं करती है। ऊर्जा वोल्टेज और क्षमता दोनों पर निर्भर करती है।

मूल संबंध है:

वाट-घंटे में ऊर्जा = वोल्ट में वोल्टेज × एम्पीयर-घंटे में क्षमता

उदाहरण के लिए:

• 3.7 वी × 1 आह = 3.7 क

• 7.4 वी × 2 आह = 14.8 क

• 14.8 वी × 3 आह = 44.4 क

विभिन्न बैटरी कॉन्फ़िगरेशन की तुलना करते समय, वाट-घंटे अक्सर मिलीएम्प-घंटे की तुलना में अधिक उपयोगी होते हैं क्योंकि वोल्टेज भिन्न हो सकता है।

उदाहरण 3.7 वी, 1000 एमएएच सेल के साथ

मान लें कि प्रत्येक कोशिका में है:

• नाममात्र वोल्टेज: 3.7 वी

• क्षमता: 1000 एमएएच या 1 आह

विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन अलग-अलग परिणाम उत्पन्न करते हैं:

श्रृंखला कनेक्शन वोल्टेज बढ़ाते हैं। समानांतर कनेक्शन से क्षमता बढ़ती है. एक श्रृंखला-समानांतर विन्यास दोनों को बढ़ा सकता है।

सेल गिनती, श्रृंखला कनेक्शन और समानांतर कनेक्शन की विस्तृत गणना को संभाला जाना चाहिए लिथियम-आयन बैटरी पैक क्षमता की गणना कैसे करें.

4. सतत और चरम धारा का मिलान करें

एक बैटरी पैक को सामान्य संचालन और अस्थायी चरम मांग दोनों के लिए पर्याप्त करंट प्रदान करना चाहिए।

OEM खरीदारों को पहचानना चाहिए:

• औसत परिचालन धारा

• सतत धारा

• चरम धारा

• चरम अवधि

• स्टार्टअप चालू

• साइकिल शुल्क

• पीक लोड के दौरान न्यूनतम बैटरी वोल्टेज

बैटरी सेल, बीएमएस, तार, वेल्डिंग पॉइंट और कनेक्टर सभी को आवश्यक करंट का समर्थन करना चाहिए। एक पैक में पर्याप्त संग्रहीत ऊर्जा हो सकती है लेकिन फिर भी वह विफल हो जाता है यदि इसका डिस्चार्ज पथ डिवाइस की वर्तमान मांग का समर्थन नहीं कर सकता है।

सतत धारा

निरंतर करंट वह करंट है जो बैटरी को सामान्य ऑपरेशन के दौरान देना चाहिए। यह सेल चयन, कंडक्टर आकार, बीएमएस रेटिंग और थर्मल डिज़ाइन को प्रभावित करता है।

चरम धारा

पीक करंट इस दौरान हो सकता है:

• मोटर स्टार्टअप

• वायरलेस ट्रांसमिशन

• गरम करना

• पंप संचालन

• प्रकाश सक्रियण

• तीव्र प्रोसेसर गतिविधि

• अस्थायी उच्च-शक्ति आउटपुट

शिखर की अवधि महत्वपूर्ण है. एक बैटरी जो छोटी पल्स का समर्थन करती है वह लगातार एक ही करंट का समर्थन नहीं कर सकती है।

वर्तमान और शक्ति संबंध

जब डिवाइस की शक्ति ज्ञात हो, तो करंट का अनुमान निम्न का उपयोग करके लगाया जा सकता है:

करंट = पावर ÷ वोल्टेज

उदाहरण के लिए, 7.4 V बैटरी द्वारा आपूर्ति किए गए 20 W लोड के लिए लगभग आवश्यकता होगी:

20 डब्ल्यू ÷ 7.4 वी ≈ 2.7 ए

वास्तविक डिज़ाइन में रूपांतरण हानि, वोल्टेज भिन्नता, चरम मांग और तापमान पर भी विचार करना चाहिए।

5. श्रृंखला और समानांतर कॉन्फ़िगरेशन चुनें

श्रृंखला-समानांतर विन्यास बैटरी पैक की विद्युत संरचना को परिभाषित करता है।

श्रृंखला कनेक्शन

श्रृंखला में जुड़े सेल वोल्टेज बढ़ाते हैं जबकि amp-घंटे की क्षमता लगभग एक सेल के बराबर रहती है।

3.7 V, 1000 mAh सेल से बना 2S1P पैक लगभग प्रदान करता है:

• 7.4 वी नाममात्र वोल्टेज

• 1000 एमएएच क्षमता

समानांतर कनेक्शन

समानांतर में जुड़े सेल क्षमता और वर्तमान क्षमता को बढ़ाते हैं जबकि वोल्टेज लगभग एक सेल के बराबर रहता है।

समान कोशिकाओं से बना 1S2P पैक लगभग प्रदान करता है:

• 3.7 वी नाममात्र वोल्टेज

• 2000 एमएएच क्षमता

श्रृंखला-समानांतर कनेक्शन

एक 2S2P पैक लगभग प्रदान करता है:

• 7.4 वी नाममात्र वोल्टेज

• 2000 एमएएच क्षमता

डिज़ाइन को इस पर भी विचार करना चाहिए:

• सेल मिलान

• संतुलन

• सुरक्षा

• वेल्डिंग या कनेक्शन विधि

• पैक आयाम

• ऊष्मा उत्पन्न करना

• बीएमएस वास्तुकला

सिद्धांत सरल है, लेकिन अंतिम डिज़ाइन की जांच वास्तविक उपकरण और उत्पादन प्रक्रिया से की जानी चाहिए। लेख श्रृंखला बनाम समानांतर बैटरी पैक एक संक्षिप्त तुलना प्रदान करता है।

6. सही सेल प्रारूप और प्रदर्शन ग्रेड का चयन करें

सेल की भौतिक और विद्युत विशेषताएँ संपूर्ण पैक डिज़ाइन को प्रभावित करती हैं।

महत्वपूर्ण सेल पैरामीटर में शामिल हैं:

• सेल प्रारूप

• DIMENSIONS

• नाममात्र क्षमता

• निर्वहन दर

• आंतरिक प्रतिरोध

• चक्र प्रदर्शन

• परिचालन तापमान

• चार्जिंग की शर्तें

• वज़न

• उपलब्धता

• उत्पादन में निरंतरता

थैली कोशिकाएं पतली या आकार की डिज़ाइन का समर्थन कर सकती हैं। बेलनाकार कोशिकाएं मानकीकृत आयाम और यांत्रिक स्थिरता प्रदान कर सकती हैं। सर्वोत्तम प्रारूप होस्ट डिवाइस और आवश्यक प्रदर्शन पर निर्भर करता है।

सेल का चयन केवल क्षमता के आधार पर नहीं होना चाहिए। अधिक क्षमता वाला सेल अनुपयुक्त हो सकता है यदि वह आवश्यक करंट प्रदान नहीं कर सकता या उपलब्ध स्थान में फिट नहीं हो सकता।

बेलनाकार सेल प्रारूपों की विशिष्ट तुलना के लिए, देखें 26650 बनाम 18650 बैटरी: आकार, वोल्टेज और क्षमता.

सेल मिलान

मल्टी-सेल पैक के लिए, सेल का मिलान प्रासंगिक मापदंडों के अनुसार किया जाना चाहिए जैसे:

• क्षमता

• वोल्टेज

• आंतरिक प्रतिरोध

• उत्पादन बैच

• उम्र बढ़ने की स्थिति

सेल असंगतता संतुलन, प्रयोग करने योग्य क्षमता, तापमान और सेवा जीवन को प्रभावित कर सकती है। इस मुद्दे की विस्तृत चर्चा इसमें उपलब्ध है लिथियम-आयन बैटरी पैक असंगत क्यों हो जाते हैं और क्या करें?.

7. तय करें कि पैक को पीसीएम या बीएमएस की आवश्यकता है या नहीं

सुरक्षा इलेक्ट्रॉनिक्स अधिकांश रिचार्जेबल लिथियम बैटरी पैक का एक अनिवार्य हिस्सा हैं।

पीसीएम

एक सुरक्षा सर्किट मॉड्यूल सरल बैटरी कॉन्फ़िगरेशन के लिए उपयुक्त हो सकता है। यह बुनियादी कार्य प्रदान कर सकता है जैसे:

• अधिभार संरक्षण

• ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा

• अतिवर्तमान सुरक्षा

• शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा

बीएमएस

जब पैक में कई सेल शामिल हों या अतिरिक्त नियंत्रण और संचार कार्यों की आवश्यकता हो तो अधिक उन्नत बैटरी प्रबंधन प्रणाली की आवश्यकता हो सकती है।

एक बीएमएस समर्थन कर सकता है:

• सेल वोल्टेज की निगरानी

• कोशिका संतुलन

• वर्तमान निगरानी

• तापमान की निगरानी

• राज्य-प्रभारी अनुमान

• पता लगाने के दोष

• होस्ट डिवाइस के साथ संचार

• चार्जिंग और डिस्चार्जिंग नियंत्रण

• घटना या गलती रिकॉर्डिंग

बीएमएस कब अधिक उपयुक्त है?

एक बीएमएस आमतौर पर तब अधिक प्रासंगिक होता है जब:

• बैटरी में श्रृंखला में कई सेल होते हैं

• सेल संतुलन आवश्यक है

• डिवाइस को बैटरी स्थिति की जानकारी चाहिए

• बैटरी उच्च धारा के तहत काम करती है

• एप्लिकेशन को विस्तृत दोष निगरानी की आवश्यकता है

• होस्ट डिवाइस बैटरी के साथ संचार करता है

• प्रोजेक्ट को स्मार्ट बैटरी फ़ंक्शन की आवश्यकता है

प्रोटोटाइप के उत्पादन से पहले डिज़ाइन को बीएमएस आवश्यकताओं को परिभाषित करना चाहिए। बाद में बुनियादी सुरक्षा बोर्ड से स्मार्ट बीएमएस में बदलने से बैटरी आयाम, कनेक्टर, फ़र्मवेयर, परीक्षण और लागत प्रभावित हो सकती है।

बैटरी प्रबंधन चार्ज स्थिति और बैटरी व्यवहार को कैसे प्रभावित करता है, इसकी अतिरिक्त पृष्ठभूमि के लिए देखें क्यों आपकी लिथियम-आयन बैटरी का अंतिम 1 प्रतिशत आपके विचार से बेहतर है.

8. बैटरी रनटाइम का अनुमान लगाएं

रनटाइम बैटरी की प्रयोग करने योग्य ऊर्जा और डिवाइस की वास्तविक बिजली मांग पर निर्भर करता है।

एक बुनियादी अनुमान है:

अनुमानित रनटाइम = बैटरी ऊर्जा × प्रयोग करने योग्य दक्षता ÷ डिवाइस की शक्ति

वोल्टेज और क्षमता द्वारा निर्दिष्ट बैटरी के लिए:

बैटरी ऊर्जा = नाममात्र वोल्टेज × amp-घंटे में क्षमता

रनटाइम उदाहरण

मान लीजिए:

• बैटरी पैक: 7.4 वी, 2000 एमएएच

• नाममात्र ऊर्जा: 7.4 वी × 2 आह = 14.8 डब्ल्यूएच

• अनुमानित प्रयोग योग्य सिस्टम दक्षता: 85%

• डिवाइस की शक्ति: 5 डब्ल्यू

प्रयोग करने योग्य ऊर्जा:

14.8 क × 0.85 = 12.58 क

अनुमानित रनटाइम:

12.58 क ÷ 5 डब्ल्यू ≈ 2.5 घंटे

यह एक इंजीनियरिंग अनुमान है, कोई गारंटीशुदा संचालन समय नहीं।

वास्तविक रनटाइम इससे प्रभावित हो सकता है:

• परिवर्तनीय डिवाइस लोड

• वोल्टेज रूपांतरण दक्षता

• बैटरी कटऑफ़ सेटिंग्स

• तापमान

• बैटरी आयु

• निर्वहन दर

• सेल प्रतिरोध

• बीएमएस सुरक्षा सीमाएँ

• डिवाइस स्टैंडबाय खपत

संपूर्ण रनटाइम गणना पद्धति के लिए, देखें लिथियम बैटरी पैक के लिए रनटाइम की गणना कैसे करें.

9. यांत्रिक एकीकरण की जाँच करें

विद्युत प्रदर्शन बैटरी पैक डिज़ाइन का केवल एक हिस्सा है। बैटरी को मेजबान उत्पाद में भी सुरक्षित रूप से फिट होना चाहिए।

डिज़ाइन को परिभाषित करना चाहिए:

• ज्यादा से ज्यादा लंबाई

• अधिकतम चौड़ाई

• अधिकतम मोटाई

• स्थापना दिशा

• स्थापना विधि

• कनेक्टर पहुंच

• केबल निकास

• संपीड़न सीमा

• कंपन जोखिम

• ताप स्रोत

• सेवा और प्रतिस्थापन आवश्यकताएँ

पाउच बैटरी को तेज किनारों या संकेंद्रित दबाव से संपीड़ित नहीं किया जाना चाहिए। एक बेलनाकार पैक के लिए होल्डर, स्पेसर या संरचनात्मक सुरक्षा की आवश्यकता हो सकती है। बैटरी कम्पार्टमेंट को विनिर्माण सहनशीलता और अपेक्षित परिचालन वातावरण को ध्यान में रखना चाहिए।

विस्तृत कम्पार्टमेंट डिज़ाइन, क्लीयरेंस, गर्मी और सूजन भत्ते को अलग से कवर किया गया है लीपो बैटरी कम्पार्टमेंट डिज़ाइन: निकासी और सूजन.

इस आलेख में, मुख्य डिज़ाइन सिद्धांत है:

बैटरी कम्पार्टमेंट को बैटरी पैक के साथ मिलकर डिज़ाइन किया जाना चाहिए, न कि बैटरी पहले से ही चयनित होने के बाद।

10. कनेक्टर और केबल आवश्यकताओं को परिभाषित करें

कनेक्टर और केबल बैटरी इंटरफ़ेस का हिस्सा हैं।

OEM टीमों को निर्दिष्ट करना चाहिए:

• कनेक्टर प्रकार

• पिनों की संख्या

• वर्तमान रेटिंग

• वेल्टेज रेटिंग

• विचारों में भिन्नता

• लॉक करने की विधि

• केबल लंबाई

• तार गेज

• तार-निकास स्थिति

• तनाव से राहत

• स्थापना के लिए जगह

• आवश्यक सिग्नल या संचार लाइनें

पावर कनेक्टर संचार कनेक्टर से भिन्न हो सकता है। एक स्मार्ट बीएमएस को डेटा संचार, तापमान संवेदन या पहचान के लिए अतिरिक्त सिग्नल पिन की आवश्यकता हो सकती है।

कनेक्टर चयन में असेंबली, मेटिंग चक्र, कंपन और फ़ील्ड रखरखाव पर भी विचार किया जाना चाहिए।

विस्तृत कनेक्टर चयन इस डिज़ाइन अवलोकन के दायरे से बाहर है और इसमें संबोधित किया गया है कस्टम लिथियम बैटरी पैक के लिए कनेक्टर कैसे चुनें.

11. चार्जिंग आवश्यकताओं पर विचार करें

बैटरी पैक चार्जर और चार्जिंग सिस्टम के अनुकूल होना चाहिए।

OEM खरीदारों को परिभाषित करना चाहिए:

• चार्जिंग वोल्टेज

• चार्जिंग करंट

• चार्ज का समय

• चार्जिंग विधि

• चार्जर आउटपुट सहनशीलता

• तापमान सीमा

• चार्ज समाप्ति विधि

• संतुलन की आवश्यकताएँ

• चाहे बैटरी डिवाइस के अंदर चार्ज हो या बाहर

2S बैटरी पैक को एकल सेल के लिए डिज़ाइन किए गए चार्जर का उपयोग करके चार्ज नहीं किया जा सकता है। चार्जिंग सिस्टम को पैक कॉन्फ़िगरेशन और सुरक्षा इलेक्ट्रॉनिक्स से मेल खाना चाहिए।

बीएमएस या पीसीएम भी चार्जर की परिचालन स्थितियों के अनुकूल होना चाहिए। चार्जिंग व्यवहार बैटरी जीवन, तापमान और सुरक्षा को प्रभावित कर सकता है, इसलिए इसका परीक्षण वास्तविक डिवाइस और चार्जर से किया जाना चाहिए।

12. एक संपूर्ण बैटरी डिज़ाइन विशिष्टता बनाएँ

प्रोटोटाइप का अनुरोध करने से पहले, ओईएम टीम को इलेक्ट्रिकल, मैकेनिकल और इंटरफ़ेस आवश्यकताओं को एक नियंत्रित विनिर्देश में संयोजित करना चाहिए।

एक उपयोगी विशिष्टता में शामिल होना चाहिए:

एक विस्तृत आवश्यकता पैकेज रीडिज़ाइन को कम करता है और आपूर्तिकर्ता कोटेशन की तुलना करना आसान बनाता है।

13. वर्क्ड ओईएम उदाहरण: 7.4 वी बैटरी पैक डिजाइन करना

मान लें कि OEM डिवाइस की आवश्यकता है:

• नाममात्र वोल्टेज: लगभग 7.4 V

• लक्ष्य क्षमता: 2000 एमएएच

• औसत शक्ति: 5 डब्ल्यू

• पीक करंट: सामान्य ऑपरेटिंग करंट से अधिक

• कॉम्पैक्ट आयताकार स्थापना स्थान

• रिचार्जेबल ऑपरेशन

• बैटरी स्थिति की निगरानी

एक संभावित प्रारंभिक डिज़ाइन दिशा हो सकती है:

• 2S कॉन्फ़िगरेशन के लिए श्रृंखला में दो सेल

• आवश्यक क्षमता के लिए दो समानांतर सेल पथ

• सेल संतुलन के साथ एक बीएमएस

• तापमान की निगरानी

• एक कस्टम कनेक्टर

• होस्ट-डिवाइस बाड़े के चारों ओर डिज़ाइन किया गया एक पैक

• वास्तविक 5 डब्ल्यू लोड के तहत रनटाइम सत्यापन

प्रत्येक श्रृंखला समूह के लिए समानांतर में दो 1000 एमएएच कोशिकाओं का उपयोग करने से लगभग 7.4 वी, 2000 एमएएच पैक का उत्पादन होता है।

नाममात्र ऊर्जा है:

7.4 वी × 2 आह = 14.8 क

अनुमानित 85% प्रयोग करने योग्य सिस्टम दक्षता का उपयोग करते हुए, अपेक्षित प्रयोग करने योग्य ऊर्जा लगभग है:

14.8 क × 0.85 = 12.58 क

निरंतर 5 W लोड पर, प्रारंभिक रनटाइम अनुमान लगभग है:

12.58 क ÷ 5 डब्ल्यू = 2.5 घंटे

अनुमोदन से पहले, डिज़ाइन टीम को अभी भी सत्यापित करना होगा:

• वास्तविक वर्तमान मांग

• चरम वर्तमान प्रतिक्रिया

• चार्जर अनुकूलता

• बीएमएस सेटिंग्स

• ऊष्मीय व्यवहार

• यांत्रिक फिट

• कनेक्टर विश्वसनीयता

• वास्तविक डिवाइस स्थितियों के तहत रनटाइम

यह उदाहरण डिज़ाइन तर्क को दर्शाता है। इसे एप्लिकेशन-विशिष्ट बैटरी इंजीनियरिंग समीक्षा का स्थान नहीं लेना चाहिए।

सामान्य लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन गलतियाँ

वोल्टेज की जाँच करने से पहले क्षमता का चयन करना

यदि वोल्टेज रेंज गलत है तो पर्याप्त एमएएच वाली बैटरी अभी भी डिवाइस के साथ असंगत हो सकती है।

केवल औसत धारा का उपयोग करना

औसत खपत स्वीकार्य प्रतीत होने पर भी अधिकतम मांग वोल्टेज ड्रॉप, बीएमएस कटऑफ या कनेक्टर ओवरहीटिंग का कारण बन सकती है।

नाममात्र वोल्टेज को स्थिर मानना

चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान बैटरी वोल्टेज बदलता है। डिवाइस को संपूर्ण ऑपरेटिंग रेंज को सहन करना होगा।

बीएमएस का चयन बहुत देर से हुआ

बीएमएस आयाम, वायरिंग, संचार और परीक्षण पूरे पैक डिज़ाइन को प्रभावित कर सकते हैं।

यांत्रिक बाधाओं की अनदेखी

एक बैटरी जो विद्युत रूप से काम करती है वह बाड़े में फिट नहीं हो सकती है या हानिकारक संपीड़न का अनुभव कर सकती है।

यह मानते हुए कि रनटाइम रेटेड क्षमता के बराबर है

रेटेड क्षमता प्रत्येक भार और तापमान स्थिति के तहत प्रयोग करने योग्य ऊर्जा के बराबर नहीं होती है।

केवल क्षमता के आधार पर पैक की तुलना करना

समान क्षमता वाले दो पैक सेल गुणवत्ता, डिस्चार्ज क्षमता, बीएमएस फ़ंक्शन, आयाम और परीक्षण में भिन्न हो सकते हैं।

लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन चेकलिस्ट

किसी डिज़ाइन को मंजूरी देने से पहले, पुष्टि करें:

• डिवाइस वोल्टेज रेंज परिभाषित है

• नाममात्र, न्यूनतम और अधिकतम बैटरी वोल्टेज की पहचान की जाती है

• क्षमता और प्रयोग करने योग्य ऊर्जा को परिभाषित किया गया है

• सतत एवं चरम धारा ज्ञात है

• श्रृंखला और समानांतर विन्यास का चयन किया गया है

• सेल मॉडल और प्रदर्शन ग्रेड की पहचान की जाती है

• सेल मिलान आवश्यकताओं को परिभाषित किया गया है

• पीसीएम या बीएमएस फ़ंक्शन निर्दिष्ट हैं

• चार्जिंग शर्तों की पुष्टि हो गई है

• बैटरी के आयाम नियंत्रित होते हैं

• कनेक्टर और केबल आवश्यकताओं का दस्तावेजीकरण किया गया है

• ऑपरेटिंग तापमान परिभाषित है

• रनटाइम लक्ष्य बताया गया है

• होस्ट-डिवाइस एकीकरण परीक्षण की योजना बनाई गई है

• प्रोटोटाइप अनुमोदन मानदंड परिभाषित हैं

• उत्पादन और परिवर्तन-नियंत्रण आवश्यकताओं को समझा जाता है

व्यापक OEM क्रय मानदंड के लिए, देखें OEM डिवाइस के लिए रिचार्जेबल लिथियम-आयन बैटरी पैक कैसे चुनें.

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन में सबसे महत्वपूर्ण कारक क्या है?

सबसे महत्वपूर्ण कारक बैटरी को होस्ट डिवाइस की संपूर्ण विद्युत और यांत्रिक आवश्यकताओं से मेल खाना है। वोल्टेज, क्षमता, करंट, बीएमएस, आयाम और चार्जिंग का एक साथ मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

मैं लिथियम-आयन बैटरी पैक की ऊर्जा की गणना कैसे करूं?

नाममात्र वोल्टेज को amp-घंटे में क्षमता से गुणा करें। उदाहरण के लिए, 7.4 V, 2 Ah बैटरी पैक में लगभग 14.8 Wh नाममात्र ऊर्जा होती है।

क्या सेलों को श्रृंखला में जोड़ने से क्षमता बढ़ती है?

नहीं, श्रृंखला कनेक्शन मुख्य रूप से वोल्टेज बढ़ाते हैं। समानांतर कनेक्शन क्षमता और वर्तमान क्षमता को बढ़ाते हैं। एक श्रृंखला-समानांतर विन्यास वोल्टेज और क्षमता दोनों को बढ़ा सकता है।

क्या प्रत्येक लिथियम बैटरी पैक को बीएमएस की आवश्यकता होती है?

आवश्यक सुरक्षा प्रणाली पैक कॉन्फ़िगरेशन और एप्लिकेशन पर निर्भर करती है। एक साधारण सिंगल-सेल पैक एक पीसीएम का उपयोग कर सकता है, जबकि एक मल्टी-सेल पैक को संतुलन और निगरानी कार्यों के साथ बीएमएस की आवश्यकता हो सकती है।

लिथियम बैटरी पैक किसी उपकरण को कितने समय तक चलाएगा?

रनटाइम बैटरी ऊर्जा, डिवाइस पावर, रूपांतरण दक्षता, कटऑफ सेटिंग्स, तापमान और लोड भिन्नता पर निर्भर करता है। एक बुनियादी अनुमान बैटरी के वाट-घंटे को डिवाइस की शक्ति से विभाजित करके प्रयोग करने योग्य दक्षता के लिए समायोजित किया जाता है।

कस्टम बैटरी पैक और मानक बैटरी के बीच क्या अंतर है?

एक कस्टम बैटरी पैक OEM उत्पाद के वोल्टेज, क्षमता, करंट, आयाम, कनेक्टर, बीएमएस और एप्लिकेशन आवश्यकताओं के अनुसार डिज़ाइन किया गया है। एक मानक पैक आमतौर पर पूर्वनिर्धारित कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है।

क्या वोल्टेज या क्षमता को पहले चुना जाना चाहिए?

डिवाइस की वोल्टेज रेंज सामान्यतः पहले स्थापित की जानी चाहिए। फिर क्षमता का चयन रनटाइम, उपलब्ध स्थान, वर्तमान मांग और वजन सीमाओं के अनुसार किया जा सकता है।

निष्कर्ष

लिथियम-आयन बैटरी पैक डिज़ाइन एक सिस्टम-स्तरीय प्रक्रिया है। एक विश्वसनीय डिज़ाइन को कनेक्ट होना चाहिए:

• वोल्टेज

• क्षमता

• ऊर्जा

• वर्तमान मांग

• श्रृंखला और समानांतर विन्यास

• सेल चयन

• पीसीएम या बीएमएस

• चार्ज

• क्रम

• यांत्रिक एकीकरण

• कनेक्टर आवश्यकताएँ

• परीक्षण और उत्पादन की जरूरतें

एक 3.7 V सेल को आवश्यक वोल्टेज और क्षमता के आधार पर विभिन्न बैटरी पैक में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। हालाँकि, विद्युत विन्यास डिज़ाइन का केवल एक हिस्सा है। बैटरी को चार्जर, होस्ट डिवाइस, सुरक्षा प्रणाली और यांत्रिक संलग्नक के साथ भी सही ढंग से काम करना चाहिए।

यदि आप एक कस्टम लिथियम-आयन बैटरी पैक विकसित कर रहे हैं, तो ZERNE तकनीकी टीम के साथ एप्लिकेशन, लक्ष्य वोल्टेज, क्षमता, वर्तमान मांग, आयाम, कनेक्टर आवश्यकताएं, रनटाइम लक्ष्य और अपेक्षित उत्पादन मात्रा साझा करें। ZERNE नमूना विकास और उत्पादन योजना के माध्यम से प्रारंभिक आवश्यकता समीक्षा से OEM और ODM परियोजनाओं के लिए कस्टम लिथियम बैटरी पैक विकास का समर्थन करता है।