Design del vano batteria LiPo: spazio libero, calore, compressione e rigonfiamento

Un vano batteria LiPo dovrebbe fare di più che tenere una batteria in posizione. Deve soddisfare le tolleranze di produzione, proteggere la custodia dalla pressione concentrata, controllare il movimento, gestire il calore, preservare le aree di tenuta e cavo e lasciare spazio sufficiente per il cambiamento dimensionale previsto durante la vita utile del prodotto.

Non è possibile determinare la dimensione corretta del compartimento aggiungendo un gioco arbitrario allo spessore nominale della cella. I progettisti del prodotto devono valutare il pacco batteria completo, lo spazio minimo disponibile nel contenitore, il comportamento dei materiali di montaggio, la temperatura operativa e le condizioni previste della batteria dopo l'invecchiamento.

Una progettazione affidabile normalmente segue quattro principi:

• Dimensionare lo scomparto in base alle dimensioni massime della confezione finita, non alle dimensioni nominali della cella a sacca.

• Previene la pressione locale da nervature, viti, bordi PCB, connettori e componenti rigidi.

• Utilizzare una ritenzione controllata senza dare per scontato che ogni cella della sacca richieda la stessa compressione.

• Definisci la tolleranza di rigonfiamento dai dati del fornitore e dalla convalida a livello di dispositivo anziché da una percentuale universale o da un valore millimetrico.

Questa guida spiega come applicare questi principi durante la progettazione di un vano batteria LiPo per un dispositivo elettronico compatto.

Perché il design del vano batteria è importante

Le celle a sacchetto LiPo aiutano i progettisti di prodotti a utilizzare in modo efficiente gli spazi interni sottili, leggeri e irregolari. Tuttavia, la custodia fornisce una protezione strutturale inferiore rispetto a una cella rigida cilindrica o con involucro metallico.

La custodia diventa quindi parte del sistema di integrazione della batteria.

Un vano non idoneo può creare problemi quali:

• Danni alla custodia durante il montaggio

• Pressione dalle nervature dell'involucro o dalle borchie delle viti

• Pizzicamento del cavo

• Interferenza del connettore

• Movimento della batteria in caso di cadute o vibrazioni

• Temperatura eccessiva all'interno di un prodotto sigillato

• Deformazione della copertura dovuta all'invecchiamento della batteria

• Sollecitazione sul display, sul PCB o sulla custodia

• Difficoltà a rimuovere la batteria durante la manutenzione

• Variazione tra prototipo e adattamento di produzione

Una batteria inserita in un prototipo non è necessariamente pronta per la produzione. Il progetto deve tenere conto della batteria più grande consentita, del compartimento più piccolo consentito e della variazione di schiuma, adesivo, etichette, isolamento e posizione di montaggio.

Inizia con la busta della batteria finita

Il numero del modello della batteria spesso descrive lo spessore, la larghezza e la lunghezza approssimativi della cella della sacca. Non descrive necessariamente il gruppo completo installato nel prodotto.

Una batteria LiPo finita può anche includere:

• Modulo del circuito di protezione

• MOSFET e altri componenti elettronici

• Linguette in nichel

• Nastro isolante

• Involucro esterno

• Adesivo

• Etichetta

• Fili

• Connettore

• Termistore NTC

• Conduce la comunicazione

• Aree di sigillo o linguetta piegate

Questi componenti possono creare proiezioni all'esterno del corpo cellulare principale. L'area del PCM potrebbe essere più spessa dell'area della cella attiva, mentre il connettore e il cavo potrebbero richiedere ulteriore spazio di instradamento.

Quando le dimensioni compatte sono una priorità, ZERNE's Le opzioni di batterie sottili ai polimeri di litio possono essere valutate rispetto allo spazio disponibile, alla capacità target, alla posizione del connettore e ai requisiti di protezione. La selezione di una cella più sottile, tuttavia, non elimina la necessità di tolleranza e tolleranza all'invecchiamento.

Calcolare il gioco con uno stack di tolleranze

La distanza del vano batteria deve essere calcolata in base alle dimensioni del caso peggiore anziché ai valori CAD nominali.

Un calcolo semplificato della direzione dello spessore può essere espresso come:

Margine di progettazione rimanente = profondità minima del compartimento − spessore massimo del pacco finito − spessore dell'isolamento e della barriera − distanza di montaggio − tolleranza di variazione dimensionale pianificata

Se si utilizza schiuma o altro materiale di ritenzione comprimibile, è necessario includere anche lo spessore installato e l'intervallo di compressione.

Lo stesso principio vale per larghezza e lunghezza:

Spazio laterale minimo = dimensione minima disponibile dell'armadio − dimensione massima della batteria − spazio di montaggio e movimento richiesto

Il risultato dovrebbe rimanere accettabile con la peggiore combinazione consentita di:

• Tolleranza sullo spessore della batteria

• Tolleranza di stampaggio della custodia

• Tolleranza sullo spessore della schiuma

• Spessore adesivo

• Etichetta e spessore dell'isolamento

• Posizione della scheda elettronica

• Posizione del mozzo della vite

• Offset dell'assemblaggio

• Cambiamento del materiale legato alla temperatura

• Previsto cambiamento dimensionale della batteria

Non dare per scontato che ogni condizione di massimo e minimo sia ugualmente probabile. Un'analisi formale della tolleranza può utilizzare l'impilamento dei casi peggiori, l'analisi statistica o entrambi, a seconda del rischio del prodotto e del volume di produzione. Il metodo selezionato deve essere documentato.

Dividere il compartimento in zone funzionali

Un singolo valore di spazio libero non descrive adeguatamente l'intero spazio della batteria. Aree diverse necessitano di trattamenti diversi.

Il disegno della batteria deve identificare il corpo principale della cella, i bordi di tenuta, il PCM, l'uscita del cavo, il connettore e qualsiasi area a pressione limitata. Trattare il pack come un semplice blocco rettangolare può nascondere importanti punti di interferenza.

Proteggi la custodia dalla pressione locale

Una custodia LiPo non deve poggiare su spigoli vivi, elementi di fissaggio esposti, superfici ruvide o piccole sporgenze dure.

I potenziali punti di pressione includono:

• Punte a vite

• Borchie a vite

• Stecche stampate ad iniezione

• Angoli del PCB

• Cavi componenti

• Alloggiamenti dei connettori

• Bordi in lamiera

• Schiuma disallineata

• Perline adesive

• Clip per custodia

• Detriti lasciati durante il montaggio

La pressione locale è più preoccupante di un contatto ampio e uniformemente distribuito perché la forza è concentrata su una piccola area.

Utilizza le zone interdette

Definire le zone di divieto d'accesso intorno a:

• Il perimetro della sacca

• Bordi di sigillatura

• Linguette piegate

• Transizione da cellula a PCM

• Componenti PCM

• Giunti di saldatura dei cavi

• Punti di uscita del filo

Una nervatura che appare libera dalla batteria nominale potrebbe comunque entrare in contatto con un pacco di dimensioni massime o con un'unità di produzione leggermente disallineata. Le zone vietate dovrebbero pertanto includere la tolleranza della batteria e la tolleranza della posizione di montaggio.

Rivedi il recinto chiuso

Molti problemi di interferenza compaiono solo dopo che il dispositivo è completamente assemblato.

Durante la verifica del progetto, confermare che:

• Il coperchio si chiude senza forzare la batteria verso il basso.

• Gli elementi di fissaggio non creano pressione sulla cella.

• La batteria non può rimanere intrappolata tra due superfici dell'involucro non corrispondenti.

• Un PCB o un display non utilizzano la batteria come supporto strutturale.

• Il cavo non passa tra la batteria e un bordo rigido.

• La schiuma rimane nella posizione prevista dopo la chiusura.

• L'adesivo non si accumula in una cresta locale dura.

• Cadute o carichi vibranti non possono portare la batteria su un punto tagliente.

Alloggiamenti sezionati, pellicole sensibili alla pressione, prototipi trasparenti, scansione dimensionale e ispezioni di smontaggio controllate possono aiutare a rivelare punti di contatto nascosti.

Progetta l'ambiente termico attorno al dispositivo reale

Il calore della batteria non proviene solo dalla cella. L'intero percorso della corrente può generare calore durante la carica, la scarica, l'avvio o carichi di punta ripetuti.

Le possibili fonti di calore includono:

• Resistenza interna della cella

• MOSFET PCM o BMS

• Fusibili e componenti di rilevamento della corrente

• Connessioni in nichel

• Fili

• Terminali del connettore

• Elettronica del caricabatterie

• Convertitori di tensione

• Processori

• Visualizza

• Motori

• Trasmettitori senza fili

Un involucro sigillato può trattenere il calore che verrebbe dissipato durante un test a banco aperto. La batteria dovrebbe quindi essere testata nell'alloggiamento previsto per la produzione con l'elettronica finale, la schiuma, l'adesivo, il sistema di ricarica e il profilo operativo.

Evitare di utilizzare la batteria come dissipatore di calore

Posizionando la batteria direttamente contro un processore, un convertitore di potenza, un caricabatterie IC, la retroilluminazione del display o un motore è possibile trasferire il calore generato dal dispositivo nella cella.

Dove pratico:

• Separare la batteria dai principali componenti che generano calore.

• Fornire un percorso termico definito dai componenti elettronici caldi all'involucro.

• Evitare di far passare il calore attraverso la custodia.

• Utilizzare le barriere termiche solo dopo aver verificato il loro effetto sulla temperatura totale dell'armadio.

• Tenere l'area del PCM lontana da altre fonti di calore concentrate.

• Valutare la ricarica mentre il dispositivo è in funzione se il prodotto lo supporta.

L'aggiunta di isolamento attorno alla batteria può ridurre il trasferimento di calore diretto da un componente vicino, ma può anche intrappolare il calore generato dalla batteria stessa. La progettazione termica dovrebbe quindi essere valutata come un sistema completo.

Prova le peggiori condizioni rilevanti

I test termici dovrebbero coprire le condizioni che possono ragionevolmente produrre la temperatura più elevata della batteria o dei componenti, come ad esempio:

• Carico continuo massimo previsto

• Funzionamento ripetuto con corrente di picco

• Ricarica alla corrente massima consentita

• Ricarica mentre il dispositivo è attivo

• Temperatura ambiente elevata

• Luce solare diretta o una fonte di calore esterna, se pertinente

• Ventilazione minima

• Stato di carica basso della batteria in condizioni di carico pesante

• Caratteristiche elettriche della batteria invecchiata

• Schiuma o isolamento di massimo spessore

• Materiali dell'involucro destinati alla produzione

Misurare più della temperatura dell'involucro esterno. A seconda del progetto, i punti di misurazione rilevanti possono includere la faccia della cella, il PCM, il connettore, i cavi, il circuito di carica, il PCB vicino e la superficie di contatto con l'utente.

Rilevamento della temperatura della posizione intenzionalmente

Se la batteria utilizza un termistore NTC, la sua posizione dovrebbe rappresentare la temperatura che il sistema di ricarica o protezione è destinato a controllare.

Controllo:

• La specifica NTC e la curva di resistenza

• Posizione del sensore

• Contatto termico

• Pinatura del connettore

• Interpretazione del dispositivo

• Limiti di carica e scarica

• Risposta a un sensore aperto o in corto

• Ritardo di temperatura tra la cella e il sensore

Un NTC fornisce un segnale di temperatura. Il caricabatterie, il dispositivo, il PCM o il BMS devono interpretare quel segnale e intraprendere l'azione richiesta.

La conservazione non è la stessa cosa della compressione

È necessario evitare che la batteria si muova eccessivamente, ma mantenerla in posizione non richiede automaticamente una compressione rigida.

I progettisti dovrebbero distinguere tra:

• Spazio libero: spazio non occupato richiesto per tolleranza, assemblaggio o modifica dimensionale

• Ritenzione: funzionalità che limitano il movimento della batteria durante il normale utilizzo, vibrazioni o cadute

• Precarico: una forza iniziale controllata applicata dalla schiuma o da un altro materiale cedevole

• Compressione: forza applicata alle superfici delle celle dalla struttura installata

Queste condizioni possono sovrapporsi, ma non sono intercambiabili.

Quando la conservazione conforme può aiutare

Una schiuma o un elastomero adatti possono:

• Accettare la variazione di produzione

• Ridurre il movimento della batteria

• Distribuire i contatti su un'area ampia

• Proteggere la custodia dalle superfici dure vicine

• Assorbire shock meccanici limitati

• Accettare qualche cambiamento dimensionale

Tuttavia, la schiuma non dovrebbe essere selezionata solo in base allo spessore. Il suo comportamento di deflessione della forza è importante.

Una schiuma spessa e rigida può applicare una forza eccessiva se installata in uno spazio ridotto. Una schiuma molto morbida potrebbe subire una compressione permanente e smettere di trattenere la batteria dopo l'invecchiamento.

Valutare:

• Spessore nominale della schiuma

• Tolleranza sullo spessore

• Gamma di compressione

• Forza agli spazi installati minimi e massimi

• Insieme di compressione

• Dipendenza dalla temperatura

• Comportamento di invecchiamento

• Requisiti di infiammabilità

• Compatibilità chimica

• Comportamento adesivo

• Mantenimento della posizione durante il montaggio

La condizione di forza massima può verificarsi con la batteria più spessa, la schiuma più spessa e il compartimento più piccolo. La condizione di conservazione minima può verificarsi con la batteria più sottile, la schiuma più sottile, lo scomparto più grande e la schiuma invecchiata.

Entrambe le condizioni devono essere verificate.

Evitare la compressione locale o incontrollata

I progetti di compressione scadenti includono:

• Una costola stretta che preme al centro della sacca

• Una sporgenza della vite che entra in contatto con una faccia della cella

• Un componente PCB rigido che preme attraverso la schiuma sottile

• Un piccolo cuscinetto in schiuma che produce un carico concentrato

• Una copertura dell'involucro che si piega sulla cella dopo il fissaggio

• Adesivo applicato in modo non uniforme sotto la batteria

• Un connettore intrappolato tra la cella e l'alloggiamento

• Schiuma che copre solo una parte della direzione del rigonfiamento

Se un fornitore di celle specifica un intervallo di compressione controllato, l'involucro e il sistema di ritenzione devono essere progettati e convalidati rispetto a tale requisito. I valori di compressione di una cella della sacca, di una composizione chimica, di una dimensione o di un'applicazione diversi non devono essere copiati automaticamente.

Fornire un'indennità di gonfiore giustificata

'Indennità di rigonfiamento' non significa che una batteria visibilmente guasta debba rimanere in servizio. Ciò significa che il compartimento è progettato in base al comportamento dimensionale previsto durante la vita operativa approvata, evitando al tempo stesso una pressione dannosa sulla batteria e sui componenti adiacenti.

Lo spessore delle celle a sacchetto può cambiare a causa di diversi meccanismi:

• Cambiamenti reversibili durante la carica e la scarica

• Dilatazione legata alla temperatura

• Crescita graduale dello spessore legata all'invecchiamento

• Generazione di gas associata a degrado o condizioni anomale

Questi meccanismi non dovrebbero essere trattati come una condizione identica.

Una piccola variazione di spessore prevista entro i limiti convalidati è diversa da un rigonfiamento anomalo accompagnato da crescita rapida, calore insolito, odore, perdite, deformazione dell'involucro o perdita di prestazioni. Un prodotto dovrebbe avere criteri di ispezione e manutenzione definiti per condizioni anomale della batteria.

Non utilizzare una percentuale di rigonfiamento universale

L’indennità richiesta dipende da fattori quali:

• Chimica cellulare

• Progettazione degli elettrodi

• Spessore nominale

• Tensione di carica massima

• Autonomia dello stato di carica

• Corrente di carica e scarica

• Temperatura operativa

• Temperatura di conservazione

• Tempo trascorso in stato di carica elevato

• Obiettivo del ciclo di vita

• Obiettivo della vita di calendario

• Compressione applicata

• Variazione della produzione cellulare

• Criteri di fine vita

Il fornitore della batteria deve fornire i limiti dimensionali applicabili o i dati di test per la cella proposta e le condizioni di utilizzo. Se il fornitore non è in grado di fornire informazioni sufficienti, il team di progettazione dovrebbe stabilire una tolleranza attraverso l'invecchiamento controllato e la convalida a livello di dispositivo.

Considera contro cosa potrebbe esercitare pressione la batteria

Se lo spessore aumenta, identificare quale componente riceve il carico.

Le possibili conseguenze includono:

• Sollevamento del display

• Deformazione della copertura

• Piegatura del PCB

• Spostamento del connettore

• Separazione dell'adesivo

• Perdita di tenuta ambientale

• Maggiore pressione sulla custodia

• Difficoltà ad aprire la custodia

• Danni durante la rimozione della batteria

Lo scomparto non deve trasferire l'espansione della batteria direttamente su un display fragile, una scheda PCB affilata o un dispositivo di fissaggio rigido.

Ove appropriato, utilizzare materiali conformi e una direzione di espansione definita. Assicurarsi che il perimetro della busta e le aree di sigillatura rimangano protetti quando le dimensioni cambiano.

Tenere conto di adesivo, schiuma e isolamento

I materiali di montaggio influiscono sia sul design meccanico che su quello termico.

Adesivo

L'adesivo può impedire il movimento, ma può anche:

• Aggiungi spessore non pianificato

• Creare una superficie di supporto irregolare

• Rendere difficile la rimozione del servizio

• Danneggiare la custodia durante la rimozione

• Perde forza a temperature elevate

• Striscia sotto carico a lungo termine

• Blocca il percorso termico desiderato

Se la batteria è riparabile, includere un metodo di rimozione controllata come una linguetta di estrazione accessibile o un'altra funzionalità di rilascio approvata. La forza e la direzione di rimozione non devono piegare, forare o piegare bruscamente la busta.

Schiuma

La schiuma dovrebbe fornire un contatto ampio e prevedibile. I cuscinetti di piccole dimensioni possono creare carichi locali elevati e inclinare il pacco durante l'assemblaggio.

Documentare la schiuma:

• Materiale

• Grado

• Spessore

• Densità

• Dati sulla durezza o sulla forza-deformazione

• Adesivo

• Posizione

• Zona

• Orientamento

• Gamma di compressione

'Aggiungere schiuma secondo necessità' non è una specifica di montaggio della batteria pronta per la produzione.

Isolamenti e barriere

Potrebbe essere necessario un isolamento tra la batteria e le superfici conduttive o abrasive. Nel progetto dovrebbero essere inclusi lo spessore, la copertura dei bordi, la temperatura nominale e la resistenza ai danni di assemblaggio.

Una pellicola sottile che si sposta durante l'assemblaggio non può proteggere in modo affidabile la custodia. Il design dovrebbe controllare la sua posizione ed evitare pieghe o bordi esposti.

Progettare separatamente lo spazio del cavo e del connettore

Il cavo non deve essere trattato come parte dello spazio libero attorno alla batteria.

Il compartimento deve fornire:

• Un percorso via cavo definito

• Raggio di curvatura sufficiente

• Pressacavo

• Distanza da spigoli vivi

• Spazio per l'innesto del connettore

• Protezione da clip e viti della custodia

• Accesso per il montaggio

• Protezione da flessioni ripetute

• Orientamento corretto del connettore

• Controllo della polarità e del pinout

Non forzare il filo in eccesso sotto la custodia a meno che il design della batteria e del dispositivo non lo consenta espressamente. Un cavo ad anello può creare un punto di pressione e rendere incoerente la posizione della batteria.

Anche l'uscita del cavo dovrebbe rimanere libera se la batteria cambia spessore. In caso contrario, l'espansione potrebbe tirare il filo, sollecitare un giunto di saldatura o spostare il connettore.

Mantenere le aree della guarnizione e della linguetta libere da carichi strutturali

La saldatura superiore, le saldature laterali, i bordi piegati e la transizione delle linguette richiedono un'attenzione particolare.

Evitare:

• Piegatura netta del sigillo

• Bloccaggio attraverso l'area della linguetta

• Tirando le linguette attraverso il cavo

• Individuazione della sporgenza della vite accanto al bordo della busta

• Utilizzo della guarnizione come arresto di posizionamento

• Instradare un cavo su un bordo piegato

• Applicazione dell'adesivo laddove ostacola la geometria della guarnizione prevista

Gli arresti meccanici dovrebbero agire su aree approvate e distribuire i carichi in modo appropriato. Il disegno del fornitore deve identificare le aree in cui la pressione, la flessione o l'adesivo sono limitati.

Un pratico processo di progettazione del vano batteria LiPo

Passaggio 1: definire i requisiti del dispositivo

Documento:

• Spazio tridimensionale disponibile

• Capacità e autonomia richieste

• Voltaggio nominale

• Corrente continua e di picco

• Metodo di ricarica e corrente

• Temperature di esercizio e di stoccaggio

• Vita prevista del prodotto

• Processo di assemblaggio

• Requisiti di cadute e vibrazioni

• Facilità di manutenzione

• Mercati target e requisiti applicabili

Passaggio 2: ottenere un disegno del pacchetto finito

Richiedi un disegno che includa:

• Spessore, larghezza e lunghezza massimi

• Tolleranze dimensionali

• Posizione del PCM

• Proiezioni locali massime

• Aree di sigillatura e linguetta

• Uscita cavo

• Lunghezza del filo

• Connettore

• Etichetta e isolamento

• Condizioni di misurazione

• Aree a pressione limitata

ZERNE Le soluzioni personalizzate di batterie ai polimeri di litio possono incorporare selezione di celle, PCM o BMS, NTC, cavi, connettori, isolamento e dimensioni della confezione in base ai requisiti elettrici e meccanici di un dispositivo OEM.

Passaggio 3: costruire il modello di tolleranza

Confrontare:

• Batteria esaurita massima

• Spazio minimo del recinto

• Tolleranze di schiuma e adesivo

• Posizione di montaggio

• Zone interdette

• Via del cavo

• Tolleranza per modifiche dimensionali

Eseguire l'analisi separatamente per aree di spessore, larghezza, lunghezza, PCM, cavo e connettore.

Passaggio 4: rivedere i percorsi di pressione e calore

Identificare:

• Ogni superficie che possa toccare la batteria

• Ogni componente che potrebbe premere sulla batteria dopo la chiusura

• La condizione di schiuma con la massima forza

• Fonti di calore vicine

• Percorsi termali previsti

• Posizione del sensore di temperatura

• La direzione disponibile per il cambiamento dimensionale

Passaggio 5: creare prototipi di intenti di produzione

Usa rappresentante:

• Campioni di batterie

• Materiali dell'involucro

• Schiuma

• Adesivo

• PCB

• Display

• Elementi di fissaggio

• Instradamento dei cavi

• Caricabatterie

• Firmware del dispositivo

Un involucro stampato in 3D può aiutare con i primi controlli di adattamento, ma la sua rigidità, comportamento termico e tolleranze possono differire dall’involucro di produzione.

Passaggio 6: testare più condizioni di tolleranza

Ove possibile, valutare le combinazioni che rappresentano:

• Batteria di dimensioni massime nel compartimento di dimensioni minime

• Batteria di dimensioni minime nel compartimento di dimensioni massime

• Spessore massimo della schiuma

• Minima ritenzione di schiuma dopo l'invecchiamento

• Batteria nei relativi stati di carica

• Temperature di esercizio alte e basse

• Estremi della posizione di assemblaggio

Passaggio 7: convalida del prodotto completo

I test rilevanti possono includere:

• Assemblaggio e chiusura della custodia

• Ispezione visiva dopo il montaggio

• Cadute e vibrazioni

• In carica

• Carico continuo massimo

• Carichi di punta ripetuti

• Aumento della temperatura

• Ritenzione del cavo

• Accesso al connettore

• Invecchiamento della schiuma

• Cicli termici

• Rimozione della batteria

• Invecchiamento accelerato

• Verifiche dimensionali del ciclo di vita

• Verifiche dimensionali di stoccaggio

Misurare la batteria prima e dopo i relativi test e ispezionare eventuali segni di pressione, danni alla custodia, usura del cavo, spostamento della schiuma, rottura dell'adesivo e deformazione della custodia.

Passaggio 8: congelare la costruzione approvata

Controllare:

• Codice e revisione della batteria

• Dimensioni massime finite

• Modello cellulare

• PCM o BMS

• Connettore e filo

• Specifica della schiuma

• Specifica dell'adesivo

• Isolamento

• Posizione di montaggio

• Via del cavo

• Dimensioni della custodia

• Metodo di ispezione

• Limiti di accettazione

ZERNE Il sistema di controllo qualità delle batterie ai polimeri di litio copre il tracciamento delle celle, l'ispezione strutturale, il monitoraggio del processo e la verifica delle prestazioni finali. Questi controlli di produzione dovrebbero essere collegati alle caratteristiche della batteria identificate come critiche durante la progettazione del compartimento.

Errori comuni nella progettazione del vano batteria

Lista di controllo per la progettazione del vano batteria

Busta per batteria

• Confermato lo spessore massimo del pacco finito

• Larghezza e lunghezza massime confermate

• Proiezione PCM inclusa

• Etichetta, nastro e isolamento inclusi

• Uscita cavo e busta connettore inclusi

• Condizioni di misurazione documentate

Giochi e tolleranze

• Confermate le dimensioni minime della custodia

• Tolleranze della batteria e dell'involucro analizzate

• Tolleranza posizione di montaggio inclusa

• Zone vietate definite

• Confermata la distanza minima di montaggio

• Indennità di modifica dimensionale durante la vita utile giustificata

Protezione meccanica

• Nessun bordo tagliente vicino alla custodia

• Nessun contatto con viti o nervature

• Aree di sigillo e linguetta protette

• Movimento della batteria controllato

• Carichi di caduta e vibrazioni valutati

• La batteria può essere installata senza forzare

• La batteria può essere rimossa senza danneggiare la custodia

Schiuma e adesivo

• Materiale e grado della schiuma specificati

• Compressione massima e minima valutata

• Revisione dell'invecchiamento e del compression set

• L'area di contatto è ampia e controllata

• Spessore adesivo incluso

• Revisione del comportamento della temperatura dell'adesivo

• Metodo di rimozione definito ove richiesto

Progettazione termica

• Individuate fonti di calore vicine

• La batteria non viene utilizzata come dissipatore di calore

• Temperatura PCM valutata

• Temperatura di carica valutata

• Temperatura di carico massimo valutata

• Custodia testata per intento produttivo

• Posizione del sensore di temperatura verificata

Cavo e connettore

• Percorso del cavo definito

• Raggio di curvatura accettabile

• Pressacavo fornito

• Il cavo non può essere schiacciato

• Il connettore può essere assemblato e sottoposto a manutenzione

• Polarità e piedinatura verificati

• L'espansione non può tirare il cavo

Validazione e produzione

• Sono stati testati più campioni di batterie

• Sono state esaminate le combinazioni di tolleranza del caso peggiore

• Alloggiamenti per intento produttivo utilizzati

• Misurazione delle dimensioni relative all'invecchiamento o al ciclo

• Completate le ispezioni relative a cadute e vibrazioni

• Revisioni approvate della batteria e della custodia congelate

• Schiuma, adesivo e isolamento controllati

• Stabiliti i requisiti di notifica di modifica del fornitore

Informazioni per inviare un fornitore di batterie LiPo

Per supportare la selezione della batteria e la revisione del vano, fornire:

• Disegno dello spazio disponibile nella batteria

• Dimensioni interne minime

• Aree riservate e componenti vicini

• Capacità della batteria target

• Voltaggio nominale

• Corrente continua

• Magnitudo, durata e frequenza della corrente di picco

• Tensione e corrente di carica

• Obiettivo di esecuzione

• Temperature di esercizio e di stoccaggio

• Obiettivo di durata del prodotto

• Requisiti di connettori e cavi

• Requisiti PCM, BMS o NTC

• Condizioni di caduta e vibrazione

• Metodo di montaggio

• Proposta in schiuma o adesivo

• Requisiti di funzionalità

• Volume di produzione previsto

• Mercati target e requisiti di conformità

Un modello tridimensionale dell'involucro è utile, ma un chiaro disegno bidimensionale con dimensioni, tolleranze, viste in sezione, posizioni delle viti e zone da escludere potrebbe essere più efficace per una revisione anticipata.

Conclusione

Un affidabile vano batteria LiPo è progettato attorno al sistema completo di batterie, non alle dimensioni nominali delle celle a sacchetto.

Il progetto dovrebbe fornire spazio sufficiente per le tolleranze del pacco finito, l'assemblaggio, l'instradamento dei cavi e le modifiche dimensionali giustificate della durata di servizio. Allo stesso tempo, deve impedire movimenti eccessivi, pressione concentrata, compressione incontrollata ed esposizione al calore proveniente dai dispositivi elettronici vicini.

La schiuma, l'adesivo, l'isolamento, le nervature dell'involucro, i dispositivi di fissaggio e il percorso dei cavi influiscono tutti sull'ambiente finale della batteria. Questi dettagli dovrebbero essere specificati e convalidati piuttosto che lasciati all'adeguamento della linea di produzione.

Ancora più importante, non esiste un gioco universale, una forza di compressione o un limite di rigonfiamento applicabile a ogni batteria LiPo. I valori finali dovrebbero basarsi sulla cella selezionata, sulla struttura del pacco finito, sul profilo operativo, sull'intervallo di temperatura, sulla durata prevista del prodotto, sui dati del fornitore e sui test sul dispositivo destinato alla produzione.

Esaminando questi fattori prima che la progettazione dell'involucro venga congelata, i team OEM possono ridurre i problemi di adattamento nella fase finale, proteggere la custodia durante l'assemblaggio e l'uso e creare un percorso più affidabile dal campionamento delle batterie alla produzione di massa.

Domande frequenti

Quanto spazio dovrebbe avere il vano batteria LiPo?

Non esiste un valore di liquidazione universale. Il compartimento deve essere calcolato utilizzando le dimensioni massime dell'imballaggio finito, le dimensioni minime dell'involucro, i requisiti di assemblaggio, le tolleranze di schiuma o adesivo, lo spazio per i cavi e la tolleranza giustificata per modifiche dimensionali durante la vita prevista del prodotto.

Una batteria LiPo dovrebbe adattarsi perfettamente alla custodia?

La batteria deve essere conservata senza compressione incontrollata o pressione locale. Un accoppiamento stretto basato solo sulle dimensioni nominali può diventare eccessivo quando le tolleranze di batteria, schiuma e custodia raggiungono la combinazione peggiore.

Una batteria LiPo necessita di compressione?

Alcune applicazioni con celle a sacca utilizzano la compressione controllata, mentre altre utilizzano la ritenzione conforme con spazio definito. L'approccio corretto dipende dal design della cella, dalle dimensioni, dalla chimica, dai requisiti del fornitore, dal profilo di carico e dalla durata prevista. Non copiare un valore di compressione da una cella non correlata.

È possibile posizionare la schiuma direttamente su una batteria LiPo?

È possibile utilizzare una schiuma adatta per distribuire il contatto e controllare il movimento, ma è necessario valutarne il materiale, l'area, lo spessore, la forza di compressione, il comportamento alla temperatura e le caratteristiche di invecchiamento. Un cuscinetto in schiuma piccolo o eccessivamente rigido può creare una pressione concentrata.

Come dovrei consentire il rigonfiamento della batteria LiPo?

Utilizzare i dati dimensionali del fornitore e i test di invecchiamento specifici dell'applicazione per stabilire una tolleranza. Considera lo stato di carica, la temperatura, il ciclo di vita, lo stoccaggio, la tensione di carica, il carico e la pressione applicata. Non fare affidamento su una percentuale generica.

Tutti i cambiamenti nello spessore delle celle della sacca sono un segno di fallimento?

Non necessariamente. Le celle a sacchetto possono subire cambiamenti dimensionali limitati, reversibili e legati all'invecchiamento. Rigonfiamento rapido o eccessivo, calore, perdite, odore, deformazione della custodia o prestazioni anomale devono essere trattati come condizioni potenzialmente anomale e gestiti secondo la procedura di sicurezza e assistenza del prodotto.

È possibile installare la batteria sotto il PCB o il display?

Potrebbe essere possibile, ma il design deve impedire che l'espansione della batteria o i carichi dell'involucro pieghino il PCB, sollevino il display o premano i componenti nella custodia. I componenti fragili e taglienti non devono diventare ostacoli strutturali per la batteria.

Devo testare l'idoneità della batteria in uno stato di carica specifico?

Le condizioni di misurazione e validazione dovrebbero essere definite con il fornitore. Le dimensioni della batteria possono variare in base allo stato di carica, alla temperatura e all'età, quindi controllare solo una batteria nuova con uno stato di carica non specificato non è sufficiente.

Perché la batteria si adatta durante la prototipazione ma non nella produzione?

Le possibili cause includono la tolleranza della batteria, la tolleranza dello stampaggio dell'involucro, la posizione del PCM, la variazione della schiuma, lo spessore dell'adesivo, il percorso dei cavi, lo spessore dell'etichetta, l'offset dell'assemblaggio o le differenze tra il prototipo e i materiali di produzione.

Il cavo della batteria in eccesso deve essere conservato sotto la custodia?

Questo dovrebbe essere generalmente evitato a meno che lo zaino e lo scomparto non siano stati progettati specificamente per quel percorso. Un filo o un connettore sotto la custodia può creare un punto di pressione e rendere incoerente l'altezza della batteria installata.

Come posso verificare se la custodia sta comprimendo la batteria?

Confrontare le misurazioni dimensionali prima e dopo la chiusura dell'involucro, ispezionare la pellicola sensibile alla pressione ove appropriato, esaminare la batteria per rilevare eventuali segni di contatto, rivedere la deflessione dell'alloggiamento indotta dai dispositivi di fissaggio e testare le condizioni di tolleranza massima della batteria e minima del compartimento.

Quando dovrebbe essere congelato il design del vano batteria?

Congelare il progetto dopo che la batteria, l'involucro, la schiuma, l'adesivo, l'isolamento, il percorso dei cavi, il caricabatterie e l'hardware del dispositivo per l'intento produttivo hanno superato la necessaria convalida meccanica, elettrica, termica, ambientale, di invecchiamento e di assemblaggio.