LiPo バッテリー コンパートメントの設計: クリアランス、熱、圧縮、膨張の許容値

LiPo バッテリー コンパートメントは、バッテリーを所定の位置に保持するだけではありません。製造公差に対応し、集中的な圧力からパウチを保護し、動きを制御し、熱を管理し、シールとケーブルの領域を保護し、製品の耐用年数を通じて予想される寸法変化に対して十分な余地を残さなければなりません。

セルの公称厚さに任意のクリアランスを追加しても、正しいコンパートメント サイズを決定することはできません。製品設計者は、完全なバッテリー パック、利用可能な最小筐体スペース、取り付け材料の動作、動作温度、および経年劣化後のバッテリーの予想される状態を評価する必要があります。

信頼性の高い設計は通常、次の 4 つの原則に従います。

• パウチセルの公称寸法ではなく、パックの最大完成寸法に基づいてコンパートメントのサイズを決定します。

• リブ、ネジ、PCB エッジ、コネクタ、および硬いコンポーネントからの局所的な圧力を防ぎます。

• すべてのパウチセルが同じ圧縮を必要とするという前提を持たずに、制御された保持力を使用してください。

• 普遍的なパーセンテージやミリメートル値ではなく、サプライヤーのデータとデバイスレベルの検証に基づいて膨張許容値を定義します。

このガイドでは、コンパクトな電子機器の LiPo バッテリー コンパートメントを設計する際にこれらの原則を適用する方法について説明します。

バッテリーコンパートメントの設計が重要な理由

LiPo パウチセルは、製品設計者が薄く、軽量で不規則な内部スペースを効率的に利用するのに役立ちます。ただし、ポーチは、硬い円筒形または金属ケースの電池に比べて構造的保護が不十分です。

したがって、エンクロージャはバッテリ統合システムの一部になります。

不適切なコンパートメントは次のような問題を引き起こす可能性があります。

• 組み立て時の袋の破損

• エンクロージャのリブまたはネジボスからの圧力

• ケーブル挟み込み

• コネクタ干渉

• 落下や振動時のバッテリーの動き

• 密封された製品内部の過度の温度

• 電池の経年劣化によるカバーの変形

• ディスプレイ、PCB、または筐体にかかるストレス

• 整備時にバッテリーを取り外すのが難しい

• プロトタイプと本番フィット間の変動

1 つのプロトタイプ エンクロージャに収まるバッテリーが、必ずしも量産できるとは限りません。設計では、許容される最大のバッテリー、許容される最小のコンパートメント、フォーム、接着剤、ラベル、絶縁体、および組み立て位置の変動を考慮する必要があります。

完成したバッテリー封筒から始めます

多くの場合、バッテリーのモデル番号には、パウチ セルのおおよその厚さ、幅、長さが記載されています。必ずしも製品に取り付けられた完全なアセンブリを説明しているわけではありません。

完成した LiPo バッテリーには以下も含まれる場合があります。

• 保護回路モジュール

• MOSFETおよびその他の電子部品

• ニッケルタブ

• 絶縁テープ

• 外包装

• 接着剤

• ラベル

• ワイヤー

• コネクタ

• NTCサーミスタ

• コミュニケーションのリード

• 折り畳まれたシールまたはタブ領域

これらのコンポーネントは、細胞本体の外側に突起を作成する可能性があります。 PCM 領域はアクティブ セル領域よりも厚い場合があり、コネクタとケーブルには追加の配線スペースが必要になる場合があります。

コンパクトな寸法が優先される場合、ZERNE は 薄型リチウム ポリマー バッテリーのオプションは、 利用可能なスペース、目標容量、コネクタの位置、保護要件に照らして評価できます。ただし、より薄いセルを選択しても、公差や経時変化に対する余裕が必要なくなるわけではありません。

公差スタックを使用してクリアランスを計算する

バッテリーコンパートメントのクリアランスは、公称 CAD 値ではなく、最悪の場合の寸法から計算する必要があります。

簡略化された厚さ方向の計算は次のように表すことができます。

残りの設計マージン = コンパートメントの最小深さ − 完成パックの最大厚さ − 断熱材とバリアの厚さ − 組み立てクリアランス − 計画された寸法変更許容値

フォームまたはその他の圧縮性保持材を使用する場合は、その取り付け厚さと圧縮範囲も含める必要があります。

同じ原則が幅と長さに当てはまります。

最小サイドクリアランス = 利用可能な筐体の最小寸法 − バッテリーの最大寸法 − 必要な組み立ておよび移動の余裕

結果は、次の許容される最悪の組み合わせの下でも許容可能なままである必要があります。

• 電池の厚さの許容差

• エンクロージャ成形公差

• フォームの厚さの許容差

• 接着剤の厚さ

• ラベルと絶縁体の厚さ

• プリント基板の位置

• ネジボスの位置

• アセンブリオフセット

• 温度に関連した材料の変化

• 予想されるバッテリーの寸法変化

すべての最大条件と最小条件が同じ確率であると想定しないでください。正式な公差分析では、製品リスクと生産量に応じて、最悪の場合のスタッキング、統計分析、またはその両方が使用される場合があります。選択した方法は文書化する必要があります。

コンパートメントを機能ゾーンに分割する

単一のクリアランス値では、バッテリーのスペース全体を適切に説明できません。異なる領域には異なる治療が必要です。

バッテリーの図面では、セル本体、シーリングエッジ、PCM、ケーブル出口、コネクター、および圧力制限領域を特定する必要があります。パックを単純な長方形のブロックとして扱うと、重要な干渉点を隠すことができます。

パウチを局所的な圧力から保護する

LiPo ポーチは、鋭利な端、露出した留め具、粗い表面、または小さな硬い突起物の上に置かないでください。

潜在的な圧力ポイントには次のようなものがあります。

• ネジの先端

• ネジボス

• 射出成形リブ

• PCBコーナー

• コンポーネントリード線

• コネクタハウジング

• 板金エッジ

• 位置がずれたフォーム

• 粘着ビーズ

• エンクロージャクリップ

• 組み立て中に残った破片

局所的な圧力は、力が狭い領域に集中するため、広範囲に均等に分散された接触よりも懸念されます。

立ち入り禁止ゾーンを使用する

以下の周囲に立ち入り禁止ゾーンを定義します。

• ポーチの周囲

• シールエッジ

• 折り畳まれたタブ

• セルから PCM への移行

• PCMコンポーネント

• ケーブルのはんだ接合部

• ワイヤー出口ポイント

公称バッテリーから離れているように見えるリブでも、最大サイズのパックやわずかに位置がずれている生産ユニットに接触する可能性があります。したがって、立ち入り禁止ゾーンには、バッテリーの許容誤差と組み立て位置の許容誤差を含める必要があります。

密閉された筐体を確認する

干渉の問題の多くは、デバイスが完全に組み立てられた後にのみ発生します。

設計検証中に、次のことを確認してください。

• バッテリーを下に押し込まずにカバーが閉まります。

• ファスナーはセルに圧力を加えません。

• バッテリーは、一致しない 2 つのエンクロージャ表面の間に挟まれることはできません。

• PCB やディスプレイはバッテリーを構造支持体として使用しません。

• ケーブルはバッテリーとハードエッジの間を通過しません。

• 閉じた後もフォームは意図した位置に残ります。

• 接着剤が局部の硬い隆起部に集まりません。

• 落下や振動による荷重によってバッテリーが鋭利になることはありません。

分割されたハウジング、感圧フィルム、透明なプロトタイプ、寸法スキャン、および制御された分解検査は、隠れた接触点を明らかにするのに役立ちます。

実機周辺の熱環境設計

バッテリーの熱はセルからのみ発生するわけではありません。完全な電流経路は、充電、放電、起動中、またはピーク負荷の繰り返し中に熱を発生する可能性があります。

考えられる熱源は次のとおりです。

• セルの内部抵抗

• PCM または BMS MOSFET

• ヒューズおよび電流検出コンポーネント

• ニッケル接続

• ワイヤー

• コネクタ端子

• 充電器エレクトロニクス

• 電圧変換器

• プロセッサー

• ディスプレイ

• モーター

• ワイヤレス送信機

密閉された筐体は、オープンベンチテスト中に放散する熱を保持する可能性があります。したがって、バッテリーは、最終的な電子機器、フォーム、接着剤、充電システム、および動作プロファイルを備えた生産用のハウジングでテストする必要があります。

バッテリーをヒートシンクとして使用しないでください

バッテリーをプロセッサー、電力変換器、充電器 IC、ディスプレイのバックライト、またはモーターに直接置くと、デバイスから発生した熱がセルに伝わる可能性があります。

実用的な場合:

• バッテリーを主要な発熱部品から離してください。

• 高温の電子機器から筐体までの定義された熱経路を提供します。

• ポーチ内に熱が伝わらないようにしてください。

• 断熱層は、筐体全体の温度に対する影響を確認した後にのみ使用してください。

• PCM エリアを他の集中的な熱源から遠ざけてください。

• 製品がサポートしている場合、デバイスの動作中に充電を評価します。

バッテリーの周囲に断熱材を追加すると、近くのコンポーネントからの直接的な熱伝達が減少しますが、バッテリー自体が発生する熱も閉じ込められる可能性があります。したがって、熱設計は完全なシステムとして評価される必要があります。

関連する最悪の条件をテストする

熱テストでは、バッテリーまたはコンポーネントの温度が合理的に最高となる可能性がある次のような条件をカバーする必要があります。

• 意図された最大連続負荷

• 繰り返しピーク電流動作

• 最大許容電流での充電

• デバイスがアクティブな状態での充電

• 周囲温度が高い

• 直射日光または外部熱源（該当する場合）

• 最低限の換気

• 重負荷時のバッテリ充電状態の低下

• 劣化したバッテリーの電気的特性

• 最大厚さのフォームまたは断熱材

• 生産向けのエンクロージャ材質

外部エンクロージャの温度以上の温度を測定します。設計に応じて、関連する測定点には、セルの表面、PCM、コネクタ、ワイヤ、充電回路、近くの PCB、およびユーザーの接触面が含まれる場合があります。

意図的に位置温度を検知する

バッテリーが NTC サーミスタを使用している場合、その位置は充電または保護システムが制御する温度を表す必要があります。

チェック：

• NTCの仕様と抵抗曲線

• センサーの位置

• 熱接触

• コネクタのピン配置

• デバイスの解釈

• 充電および放電の制限

• センサーのオープンまたはショートへの応答

• セルとセンサー間の温度遅延

NTC は温度信号を提供します。充電器、デバイス、PCM、または BMS はその信号を解釈し、必要なアクションを実行する必要があります。

保持は圧縮と同じではありません

バッテリーが過度に動くのを防ぐ必要がありますが、バッテリーを所定の位置に保持するために自動的に強い圧縮が必要になるわけではありません。

デザイナーは以下を区別する必要があります。

• クリアランス: 公差、組み立て、または寸法変更に必要な空きスペース

• 保持: 通常の使用時、振動、落下時のバッテリーの動きを制限する機能

• プリロード: フォームまたは他の準拠素材によって適用される制御された初期力

• 圧縮: 設置された構造によって細胞表面に加えられる力

これらの条件は重複する可能性がありますが、互換性はありません。

コンプライアンスに準拠した保持が役立つ場合

適切なフォームまたはエラストマーには次のような特徴があります。

• 製造上のばらつきを考慮する

• バッテリーの動きを減らす

• 連絡先を広範囲に分散する

• 近くの硬い表面からポーチを保護します

• 限定的な機械的衝撃を吸収します

• 多少の寸法変化にも対応

ただし、フォームは厚みだけで選んではいけません。力とたわみの挙動が重要です。

厚くて硬いフォームを小さな隙間に取り付けると、過剰な力がかかる可能性があります。非常に柔らかいフォームは永久圧縮永久歪を生じ、経年劣化後にバッテリーを保持できなくなる可能性があります。

評価する：

• 公称フォーム厚さ

• 厚さの許容差

• 圧縮範囲

• 設置された最小ギャップと最大ギャップにかかる力

• 圧縮永久歪み

• 温度依存性

• 老化現象

• 可燃性要件

• 化学的適合性

• 粘着挙動

• 組み立て時の位置保持

最大の力の状態は、最も厚いバッテリー、最も厚いフォーム、および最も小さなコンパートメントで発生する可能性があります。最小保持状態は、最も薄いバッテリー、最も薄いフォーム、最大のコンパートメント、および古いフォームで発生する可能性があります。

両方の条件を確認する必要があります。

局所的な圧縮または制御されていない圧縮を回避する

不適切な圧縮設計には次のようなものがあります。

• ポーチの中央に押し込まれた細いリブ

• 1つのセル面に接触するネジボス

• 薄いフォームを押し込む硬い PCB コンポーネント

• 集中荷重を生み出す小さなフォームパッド

• 固定後にセルの上に曲がる筐体カバー

• バッテリーの下に接着剤が不均一に塗布されている

• コネクタがセルとハウジングの間に挟まれている

• 膨らみ方向の一部のみを覆う泡

セルのサプライヤーが制御された圧縮範囲を指定している場合は、エンクロージャと保持システムを設計し、その要件に照らして検証する必要があります。異なるパウチセル、化学的性質、サイズ、または用途からの圧縮値を自動的にコピーしないでください。

正当な腫れ許容量を提供する

「許容膨張量」は、目に見えて故障したバッテリーを使用し続けるべきであるという意味ではありません。これは、バッテリーや隣接するコンポーネントへの有害な圧力を回避しながら、承認された動作寿命にわたって予想される寸法挙動に基づいてコンパートメントが設計されていることを意味します。

パウチセルの厚さは、いくつかのメカニズムにより変化する可能性があります。

• 充電時と放電時の可逆的な変化

• 温度による膨張

• 老化に伴う段階的な厚みの増加

• 劣化や異常に伴うガスの発生

これらのメカニズムを 1 つの同一の状態として扱うべきではありません。

検証された制限内で予想される小さな厚さの変化は、急速な成長、異常な熱、臭気、漏れ、筐体の変形、または性能の低下を伴う異常な膨張とは異なります。製品には、異常なバッテリー状態に対する検査およびサービス基準を定義する必要があります。

普遍的な膨潤率を使用しないでください

必要な許容量は、次のような要因によって異なります。

• 細胞化学

• 電極設計

• 呼び厚さ

• 最大充電電圧

• 充電状態範囲

• 充放電電流

• 動作温度

• 保管温度

• 高い充電状態で費やした時間

• サイクルライフ目標

• カレンダー寿命の目標

• 適用された圧縮

• セル製造のバリエーション

• 耐用年数終了の基準

バッテリーサプライヤーは、提案されたセルおよび使用条件に適用可能な寸法制限またはテストデータを提供する必要があります。サプライヤーが十分な情報を提供できない場合、設計チームは管理された経年劣化とデバイスレベルの検証を通じて許容範囲を確立する必要があります。

バッテリーが何に圧迫される可能性があるかを検討してください

厚みが増加した場合、どのコンポーネントに荷重がかかるかを特定します。

考えられる影響は次のとおりです。

• ディスプレイリフティング

• カバーの変形

• プリント基板の曲げ

• コネクタの変位

• 接着剤の剥離

• 環境シールの喪失

• ポーチにかかる圧力の増加

• 筐体を開けるのが難しい

• バッテリー取り外し時の損傷

コンパートメントは、バッテリーの膨張を壊れやすいディスプレイ、鋭利な PCB 機能、または硬い留め具に直接伝えないようにしてください。

必要に応じて、準拠した材料と定義された拡張方向を使用します。寸法が変化しても、パウチの周囲とシール部分が保護されたままであることを確認してください。

接着剤、発泡体、断熱材を考慮する

取り付け材料は、機械設計と熱設計の両方に影響を与えます。

接着剤

接着剤は動きを妨げる可能性がありますが、次のような可能性もあります。

• 予定外の厚みを追加する

• 凹凸のある支持面を作成する

• サービスの削除を困難にする

• 取り出す際にポーチが破損する

• 高温になると強度が失われる

• 長期負荷によるクリープ

• 必要な熱経路をブロックする

バッテリーが保守可能な場合は、アクセス可能なプルタブや承認された別の取り外し機能など、制御された取り外し方法を含めてください。取り外す力と方向は、パウチを折り曲げたり、穴を開けたり、鋭く曲げたりしてはなりません。

フォーム

フォームは広範囲で予測可能な接触を提供する必要があります。パッドが小さいと局所的な負荷が大きくなり、組み立て中にパックが傾く可能性があります。

泡を文書化します。

• 材料

• 学年

• 厚さ

• 密度

• 硬度または力 - たわみデータ

• 接着剤

• 位置

• エリア

• 向き

• 圧縮範囲

「必要に応じてフォームを追加する」は、量産対応のバッテリー取り付け仕様ではありません。

断熱材とバリア

バッテリーと導電性表面または研磨面との間に絶縁が必要な場合があります。厚さ、エッジカバレッジ、温度定格、およびアセンブリの損傷に対する耐性を設計に含める必要があります。

組み立て中に薄いフィルムがずれると、パウチを確実に保護できません。デザインはその位置を制御し、折り目や露出したエッジを防ぐ必要があります。

ケーブルとコネクタのスペースを個別に設計

ケーブルをバッテリー周囲の空きスペースの一部として扱うべきではありません。

コンパートメントは以下を提供する必要があります。

• 定義されたケーブルルート

• 十分な曲げ半径

• ストレインリリーフ

• 鋭利なエッジからのクリアランス

• コネクタ嵌合スペース

• エンクロージャのクリップやネジからの保護

• 組み立てのためのアクセス

• 繰り返しの屈曲からの保護

• 正しいコネクタの向き

• 極性とピン配列の制御

バッテリーやデバイスの設計で特に許可されていない限り、余分なワイヤーをポーチの下に押し込まないでください。ケーブルがループ状になっていると圧迫点が生じ、バッテリーの位置が不安定になる可能性があります。

バッテリーの厚さが変わった場合でも、ケーブルの出口は空けておく必要があります。そうしないと、膨張によりワイヤが引っ張られたり、はんだ接合部にストレスがかかったり、コネクタが移動したりする可能性があります。

シールとタブの領域に構造的負荷がかからないようにしてください

トップシール、サイドシール、折り曲げられたエッジ、およびタブの移行部には特別な注意が必要です。

避ける：

• シールの折り目もシャープ

• タブ領域全体のクランプ

• ケーブルを通してタブを引っ張る

• ポーチの端の横にネジボスを配置

• シールを位置決めストッパーとして使用する

• 折り畳まれたエッジの上にケーブルを配線する

• 意図したシール形状を妨げる場所に接着剤を塗布する

機械式ストップは承認された領域に作用し、負荷を適切に分散する必要があります。サプライヤーの図面では、圧力、曲げ、または接着が制限される領域を特定する必要があります。

実用的な LiPo バッテリー コンパートメントの設計プロセス

ステップ 1: デバイス要件を定義する

書類：

• 利用可能な三次元空間

• 必要な容量と実行時間

• 公称電圧

• 連続電流とピーク電流

• 充電方法と電流

• 動作温度と保管温度

• 期待される製品寿命

• 組立工程

• 落下および振動の要件

• 保守性

• 対象市場と適用される要件

ステップ 2: 完成したパックの図面を取得する

以下を含む図面をリクエストしてください。

• 最大の厚さ、幅、長さ

• 寸法許容差

• PCM の場所

• 最大ローカル投影

• シールとタブ部分

• ケーブル出口

• ワイヤーの長さ

• コネクタ

• ラベルと絶縁体

• 測定条件

• 圧力制限エリア

ゼルネさん カスタム リチウムポリマー バッテリー ソリューションに は、セルの選択、PCM または BMS、NTC、ワイヤ、コネクタ、絶縁体、OEM デバイスの電気的および機械的要件に合わせたパック寸法を組み込むことができます。

ステップ 3: 公差モデルを構築する

比較する：

• 最大完成バッテリー

• 最小筐体スペース

• 発泡体および接着剤の許容差

• 組立位置

• 立ち入り禁止区域

• ケーブルルート

• 寸法変化代

厚さ、幅、長さ、PCM、ケーブル、コネクタの領域を個別に分析します。

ステップ 4: 圧力と熱の経路を確認する

識別する：

• バッテリーに接触する可能性のあるあらゆる表面

• 閉じた後にバッテリーを圧迫する可能性のあるすべてのコンポーネント

• 最も強力な泡の状態

• 近くの熱源

• 意図された熱経路

• 温度センサーの位置

• 寸法変更可能な方向

ステップ 5: 実稼働向けのプロトタイプを構築する

使用代表者:

• 電池サンプル

• 筐体材質

• フォーム

• 接着剤

• プリント基板

• 画面

• ファスナー

• ケーブルの配線

• 充電器

• デバイスのファームウェア

3D プリントされたエンクロージャは初期のフィット チェックに役立ちますが、その剛性、熱的挙動、および許容差は製品のハウジングとは異なる場合があります。

ステップ 6: 複数の許容条件をテストする

実際的な場合は、以下を表す組み合わせを評価します。

• 最小サイズのコンパートメントに最大サイズのバッテリーを搭載

• 最大サイズのコンパートメントに最小サイズのバッテリーを搭載

• フォームの最大厚さ

• 老化後の泡保持量が最小限に抑えられる

• 関連する充電状態のバッテリー

• 高温および低温の動作温度

• 極端な組立位置

ステップ 7: 完成した製品を検証する

関連するテストには次のものが含まれる場合があります。

• 組み立てと筐体の閉鎖

• 組み立て後の目視検査

• 落下と振動

• 充電

• 最大連続負荷

• ピーク負荷の繰り返し

• 温度上昇

• ケーブル保持

• コネクタへのアクセス

• 泡の老化

• サーマルサイクリング

• バッテリーの取り外し

• 老化の加速

• サイクル寿命の寸法チェック

• 保管寸法チェック

関連するテストの前後にバッテリーを測定し、圧力マーク、パウチの損傷、ケーブルの磨耗、フォームのずれ、接着剤の破損、および筐体の変形がないか検査します。

ステップ 8: 承認された構造を凍結する

コントロール：

• バッテリーの部品番号とリビジョン

• 最大仕上がり寸法

• セルモデル

• PCM または BMS

• コネクタとワイヤー

• フォーム仕様

• 接着剤仕様

• 絶縁

• 取付位置

• ケーブルルート

• 筐体寸法

• 検査方法

• 受け入れ制限

ゼルネさん リチウムポリマー電池の品質管理システムは、 セル追跡、構造検査、プロセス監視、最終性能検証をカバーします。これらの生産管理は、コンパートメントの設計中に重要であると特定されたバッテリー特性に関連付けられる必要があります。

バッテリーコンパートメントの設計におけるよくある間違い

バッテリーコンパートメント設計チェックリスト

バッテリーエンベロープ

• 確認された最大完成パック厚さ

• 最大幅と長さを確認済み

• PCM投影を含む

• ラベル、テープ、絶縁体が付属

• ケーブル出口とコネクタエンベロープが付属

• 測定条件を文書化

クリアランスと公差

• 最小筐体寸法を確認

• バッテリーと筐体の許容差を分析

• 組立位置公差を含む

• 立ち入り禁止ゾーンの定義

• 最小組立クリアランスを確認

• 耐用年数寸法変化許容値を正当化

機械的保護

• ポーチ付近に鋭利なエッジがないこと

• ネジやリブの接触がない

• シールとタブ部分を保護

• バッテリーの動きを制御

• 落下および振動荷重の評価

• 力を入れずにバッテリーを取り付けることができます

• ポーチを傷つけることなくバッテリーを取り出すことができます

発泡体と接着剤

• フォーム材質とグレードの指定

• 評価された最大および最小圧縮

• 経年劣化と圧縮永久歪みの確認

• 接触領域が広く、制御されている

• 接着剤の厚さを含む

• 接着剤の温度挙動の見直し

• 必要に応じて削除方法を定義

熱設計

• 近くの熱源を特定

• バッテリーはヒートシンクとして使用されません

• PCM温度の評価

• 充電温度の評価

• 最大負荷温度の評価

• 本番環境向けのエンクロージャのテスト済み

• 温度センサーの位置を確認しました

ケーブルとコネクタ

• 定義されたケーブルルート

• 許容可能な曲げ半径

• ストレインリリーフを提供

• ケーブル挟み込み不可

• コネクタは組み立てと保守が可能

• 極性とピン配置を確認済み

• 拡張時にケーブルを引っ張ることはできません

検証と実稼働

• 複数のバッテリーサンプルをテストしました

• 最悪の場合の公差の組み合わせを確認

• 生産目的のハウジングを使用

• 経年変化またはサイクルに関連した寸法の測定

• 落下・振動検査完了

• 承認されたバッテリーとエンクロージャのリビジョンが凍結されました

• 発泡体、接着剤、断熱材の制御

• サプライヤー変更通知要件の確立

LiPo バッテリーのサプライヤーを送るための情報

バッテリーの選択とコンパートメントの確認をサポートするには、以下を提供してください。

• 利用可能なバッテリースペースの図面

• 最小内寸

• 立ち入り禁止エリアとその近くのコンポーネント

• 目標バッテリー容量

• 公称電圧

• 連続電流

• ピーク電流の大きさ、持続時間、および周波数

• 充電電圧と電流

• ランタイムターゲット

• 動作温度と保管温度

• 製品寿命目標

• コネクタとワイヤの要件

• PCM、BMS、または NTC の要件

• 落下および振動条件

• 取付方法

• フォームまたは接着剤の提案

• 保守性の要件

• 予想生産量

• 対象市場とコンプライアンス要件

3 次元のエンクロージャ モデルは便利ですが、寸法、公差、断面図、ネジの位置、立入禁止区域を含む明確な 2 次元図面の方が、早期レビューにはより効果的です。

結論

信頼性の高い LiPo バッテリー コンパートメントは、公称パウチセル サイズではなく、完全なバッテリー システムを中心に設計されています。

設計では、完成したパックの公差、組み立て、ケーブルの配線、および正当な耐用年数の寸法変更に十分なスペースを提供する必要があります。同時に、過度の動き、圧力の集中、制御されていない圧縮、近くの電子機器からの熱への曝露を防止する必要があります。

フォーム、接着剤、絶縁体、筐体のリブ、留め具、ケーブルの配線はすべて、最終的なバッテリー環境に影響を与えます。これらの詳細は、生産ラインの調整に任せるのではなく、指定して検証する必要があります。

最も重要なことは、すべての LiPo バッテリーに適用される普遍的なクリアランス、圧縮力、または膨張許容量が存在しないことです。最終的な値は、選択したセル、完成したパックの構造、動作プロファイル、温度範囲、製品寿命目標、サプライヤーのデータ、および生産向けデバイスでのテストに基づく必要があります。

エンクロージャの設計が固まる前にこれらの要素を検討することで、OEM チームは後期段階での取り付けの問題を軽減し、組み立て中や使用中にポーチを保護し、バッテリーのサンプリングから量産までのより信頼性の高いパスを作成できます。

よくある質問

LiPo バッテリーコンパートメントにはどれくらいの隙間が必要ですか?

普遍的なクリアランス値はありません。コンパートメントは、完成したパックの最大寸法、筐体の最小寸法、組み立て要件、フォームまたは接着剤の許容差、ケーブルスペース、および製品の意図された耐用期間中の寸法変化に対する正当な許容値を使用して計算する必要があります。

LiPo バッテリーは筐体にしっかりと収まる必要がありますか?

バッテリーは、制御されずに圧迫したり、局所的に圧力をかけたりせずに保持する必要があります。公称寸法のみに基づいたタイトフィットは、バッテリー、フォーム、エンクロージャの公差が最悪の場合の組み合わせに達すると過剰になる可能性があります。

LiPo バッテリーには圧縮が必要ですか?

パウチセルのアプリケーションには、制御された圧縮を使用するものと、規定のクリアランスを備えたコンプライアンス保持を使用するものがあります。正しいアプローチは、セルの設計、サイズ、化学的性質、サプライヤーの要件、負荷プロファイル、および想定寿命によって異なります。無関係なセルから圧縮値をコピーしないでください。

LiPo バッテリーにフォームを直接置くことはできますか?

接触を分散させ、動きを制御するために適切なフォームを使用できますが、その材質、面積、厚さ、圧縮力、温度挙動、および経年変化特性を評価する必要があります。フォームパッドが小さいか硬すぎると、圧力が集中する可能性があります。

LiPo バッテリーの膨張をどのように考慮すればよいでしょうか?

許容値を確立するには、サプライヤーの寸法データとアプリケーション固有の老化テストを使用します。充電状態、温度、サイクル寿命、保管、充電電圧、負荷、および印加圧力を考慮してください。一般的なパーセンテージに依存しないでください。

パウチセルの厚さの変化はすべて故障の兆候ですか?

必ずしもそうとは限りません。パウチセルは、限られた可逆的および老化に関連した寸法変化を経験する可能性があります。急速または過度の膨張、熱、漏れ、臭気、筐体の変形、または異常な性能は、潜在的に異常な状態として扱い、製品の安全性およびサービス手順に従って処理する必要があります。

バッテリーは PCB またはディスプレイの下に取り付けることができますか?

可能かもしれませんが、バッテリーの膨張や筐体の負荷によって PCB が曲がったり、ディスプレイが持ち上げられたり、コンポーネントがポーチに押し込まれたりすることを設計で防止する必要があります。壊れやすく鋭利なコンポーネントは、バッテリーの構造上の停止部分になってはなりません。

特定の充電状態でバッテリーの適合性をテストする必要がありますか?

測定条件と検証条件はサプライヤーと定義する必要があります。バッテリーの寸法は充電状態、温度、使用年数によって異なる場合があるため、不特定の充電状態で新しいバッテリーを 1 つだけチェックするだけでは不十分です。

プロトタイピング時にはバッテリーが適合するのに、生産時にはバッテリーが適合しないのはなぜですか?

考えられる原因には、バッテリーの許容差、エンクロージャーの成形許容差、PCM の位置、フォームのばらつき、接着剤の厚さ、ケーブルの配線、ラベルの厚さ、アセンブリのオフセット、またはプロトタイプと製品の材料間の違いが含まれます。

余ったバッテリーワイヤーはポーチの下に保管する必要がありますか?

パックとコンパートメントがそのルーティング用に特別に設計されていない限り、これは通常避けるべきです。ポーチの下にあるワイヤーやコネクタによって圧迫点が生じ、取り付けられているバッテリーの高さが不均一になる可能性があります。

筐体がバッテリーを圧縮しているかどうかを確認するにはどうすればよいですか?

筐体を閉じる前後の寸法測定値を比較し、必要に応じて感圧フィルムを検査し、バッテリーに接触痕がないか検査し、ファスナーによるハウジングのたわみを確認し、最大バッテリーと最小コンパートメントの許容条件をテストします。

バッテリーコンパートメントの設計をいつ凍結すべきでしょうか?

生産向けのバッテリー、筐体、発泡体、接着剤、絶縁体、ケーブルルート、充電器、およびデバイスハードウェアが必要な機械的、電気的、熱的、環境的、経年劣化、およびアセンブリの検証に合格した後、設計を凍結します。