LiPoバッテリーはワイヤレス充電できますか? OEM 設計者が指定する必要があるもの

充電ドックを使用すると、コンパクトな製品から露出した電源コネクタを取り除くことができます。ただし、その製品に LiPo バッテリーを入れてもワイヤレス充電可能にはなりません。

ワイヤレス充電により、デバイスに受信機、磁気コンポーネント、および制御要件が追加されます。これらの追加物はスペースをめぐってバッテリーと競合し、別の熱設計タスクが発生します。

スリムな商品の場合、 薄型リチウムポリマー電池は、 利用可能な電池の範囲に適合させるのに役立ちます。完全な充電アセンブリには、独自のスペースと検証が必要です。

このガイドでは、OEM 設計者がワイヤレス パワー システムとバッテリーの間で何を指定する必要があるかについて説明します。

簡単な答え: LiPo バッテリーはワイヤレス充電できますか?

はい。 LiPo バッテリーは、適切に設計されたワイヤレス充電システムを通じて充電できます。セル自体はワイヤレス電力を受信して​​調整しません。

一般的な誘導設計では、送信機はエネルギーを受信機コイルに転送します。受信機の電子機器は、そのエネルギーを使用可能な電源に変換します。バッテリ充電管理は、選択されたセル仕様に従って充電を制御します。

一部の IC は受信機とバッテリー充電器を組み合わせています。別の充電器に電源出力を提供するものもあります。裸のコイルも受信機専用の電源出力もバッテリー充電器として扱うべきではありません。

バッテリー充電とは別のワイヤレス電力伝送

「ワイヤレス充電バッテリー」という用語には、いくつかの異なる機能が隠されている可能性があります。バッテリーを選択する前、または受信機モジュールを承認する前に、それらを個別に定義します。

1 つの物理コンポーネントが複数の機能を実行する場合があります。統合によって、各制限を誰が制御しているかを特定する必要がなくなるわけではありません。

たとえば、TI の BQ51050B ファミリは、ワイヤレス受信とリチウムイオン/リチウムポリマー充電を組み合わせています。 TI の TIDA-00318 リファレンス デザインでは、代わりにワイヤレス レシーバーと別のシングルセル充電器を組み合わせています。これらはさまざまなアーキテクチャを示したものであり、普遍的なコンポーネントの推奨事項ではありません。

基本的な保護回路も、通常の充電調整の代わりにはなりません。その保護カットオフは、各充電を終了するための日常的な方法になってはなりません。

対象となるドックと充電配置を指定する

希望する充電ワット数だけでなく、ユーザーが製品をどのように置くかから始めます。

製品が専用クレードル、選択された充電パッド、またはより広範な相互運用性ターゲットで動作する必要があるかどうかを定義します。 「ワイヤレス」とは、すべてのパッドがすべての受信機を充電するという意味ではありません。テクノロジや実装が異なれば、製品も異なります。

対象となるトランスミッター、その入力電源、レシーバーの設計リビジョンを記録します。次に、ユーザー配置エンベロープを文書化します。

• 意図した静止位置と方向。

• 横方向の移動と回転は許容されます。

• エンクロージャの壁およびコイル間の承認されたカバー。

• ドックがデバイスを保持またはガイドする方法。

• 正しい配置、充電、および充電の失敗を示します。

ぴったりとフィットするクレードルにより、位置決めが予測可能になる可能性があります。また、より慎重な機械設計が必要になる場合もあります。フラットパッドはさまざまな配置の自由度を提供できますが、使用可能な充電エリアはテストを通じて確立する必要があります。

1 回の成功したベンチ デモンストレーションから互換性を宣伝することは避けてください。完成品を目的の送信機セットで検証します。

受信機の出力をバッテリー充電器に合わせる

受信機出力やバッテリー充電設定は別仕様となります。

別個の充電器を備えた受信機の場合、電子チームは、予想される受信機の条件全体にわたって充電器の入力要件を確認する必要があります。起動、通常の動作、利用可能な電力の減少、および受信の中断を確認します。

一体型レシーバー充電器の場合は、正確なデバイスのバリエーションとその充電動作を確認してください。類似した部品名では、同一のバッテリ電圧設定が確立されるわけではありません。

バッテリーの供給者は、選択したセルの承認された充電制限を提供する必要があります。 「LiPo」というラベルだけでは定義されません。公称バッテリ電圧は充電調整電圧ではありません。

詳細な ホスト充電器の統合要件に は、電圧、電流、温度フィードバック、および保護調整が含まれる必要があります。ワイヤレス受信を追加すると、入力ソースが変更されます。バッテリー側の要件が削除されるわけではありません。

このガイドは、コンパクトな単一セル製品に焦点を当てています。マルチセル パックには、単一セルの受信機回路の拡張を想定したものではなく、その構成に適した充電アーキテクチャが必要です。

ドックのワット数をバッテリー電流に直接変換しないでください

送信機の電力定格は、セルに入る電流を確立するものではありません。各電力数値がどこで測定されるかを確認します。

便利な測定ポイントには、送信機の入力、受信機の DC 出力、システム電源、バッテリー端子などがあります。単一の効率仮定をデバイス全体に適用するのではなく、それらを個別に記録します。

利用可能なバッテリ充電電力は、ホストの負荷と充電アーキテクチャによっても異なります。ドック上で動作するディスプレイ、無線、またはセンサーは、入力電力の一部を消費する可能性があります。温度制御により充電がさらに低下する可能性があります。

提案されたデザインについては、次のことを尋ねてください。

• メイン充電フェーズ中に必要なバッテリー電流はどれくらいですか?

• 受信機は充電器とアクティブデバイスを同時にサポートできますか?

• 利用可能なワイヤレス電力が低下するとどうなりますか?

• バッテリーは意図した条件下でシステム負荷を補いますか?

• 充電時間と充電完了はどのように測定されますか?

要求された再充電時間を検証するシステム目標として扱います。バッテリー容量をドックの公表されている出力電流で割ることによって保証された結果を計算しないでください。

完全な充電アセンブリ用のスペースを確保する

薄いセルは機械スタックの一部にすぎません。

受信機コイル、その指定されたシールド、接着層、PCB コンポーネント、絶縁体、およびケーブル配線が含まれます。また、バッテリーの完成後のパック公差と動作寿命全体にわたる承認された寸法許容差も考慮に入れてください。

コイルの距離と近くの材料は電力伝達に影響を与える可能性があります。したがって、露出コイルを使用したプロトタイプは、量産ハウジングに匹敵する性能を確立しません。

セルの公称寸法の周囲に任意のクリアランスを追加するのではなく、設置された構造を見直してください。の LiPo バッテリー コンパートメントの設計要件は、 アセンブリ内の保持、圧力保護、およびバッテリー クリアランスを定義するのに役立ちます。

コイルや PCB によって失われたスペースを取り戻すためにパウチを絞らないでください。筐体、バッテリーの選択、または充電レイアウトを通じて、寸法の不一致を解決します。

シールドは一般的な絶縁シートではなく、特定の磁性部品として扱ってください。その材質、位置、構造は承認されたワイヤレス アセンブリに含まれています。

レシーバーだけでなくバッテリーの熱も確認する

ワイヤレス電力伝送では、製品の他の部分に加えて損失も発生します。コイルの構造、レイアウト、シールド、および近くの金属は加熱に影響を与える可能性があります。

IC の内部熱保護はバッテリー温度を確立しません。同様に、外側のカバーが冷えていても、密閉型セルが承認された充電条件内にあることを証明するものではありません。

関連する場所での温度測定を計画します。

• バッテリー表面と指定されたバッテリーセンサー。

• 受信コイルアセンブリ。

• 受信機と充電用電子機器。

• 熱を発生するデバイスのコンポーネントの近く。

• 製品に関連するアクセス可能な筐体表面。

周囲温度、バッテリー状態、デバイスモード、および各結果との調整を記録します。 1 つの普遍的な温度しきい値ではなく、選択したバッテリーと最終製品に適切な制限を使用します。

バッテリー NTC インターフェイスには、定義されたリーダーと応答が必要です。充電器の設計に合わせて、電気仕様、配置、および障害処理を確認してください。サーミスターだけでは充電を一時停止できません。

温度制限により再充電ターゲットが繰り返し妨げられる場合は、完全なレイアウトと動作モードを再検討してください。バッテリー容量を増やしても、それだけでは充電電力不足や熱管理の不十分さを解決できません。

調整、中断、充電ステータスを検証する

室温で中心にあるサンプルを充填することは、開始点として有用です。完全なリリーステストではありません。

次のマトリックスは、実際的な OEM 計画の補助です。正確な条件と合格制限は、選択した充電システムと製品要件から決定する必要があります。

測定されたバッテリーの動作に対して充電インジケーターを確認します。電力の受信、バッテリーの充電、およびフル充電への到達は別の状態です。ファームウェアはそれらを交換可能として提示すべきではありません。

充電中にデバイスが動作する場合は、そのモードを明示的にテストしてください。ワークロードの制限を非公式のエンジニアリング上の前提として残すのではなく、製品仕様に含めます。

異物検査と製品の適合性検査を別々に行う

転送エリアの金属物体はエネルギーと熱を吸収する可能性があります。異物検出は、選択したワイヤレス充電システム内のこのリスクに対処します。バッテリー温度の監視に代わるものではありません。

ワイヤレス ソリューション プロバイダーの承認された検証プロセスと適切な実験室制御を使用します。製品を正常に充電するために保護機能を無効にしないでください。通電中の充電アセンブリに緩んだ金属を置くなど、即興でテストを行わないでください。

Qi を使用する製品の場合、コンポーネントの選択だけでは完成品の認証を確立できません。ワイヤレス パワー コンソーシアムは、コンポーネントを完全に機能する送信機および受信機から区別します。受信機モジュールを統合するには、該当する製品レベルの評価が必要です。

ワイヤレスの相互運用性、バッテリーの安全性、および輸送に関する文書は別のレビュー項目として保管してください。一方の証拠を他方の証拠として提出すべきではありません。

同様に、充電ポートを削除すると、エンクロージャ戦略がサポートされる可能性がありますが、耐水性評価は確立されません。その主張は、完成した構造とそれに関連するテストによって異なります。

共有バッテリーとワイヤレス充電仕様を準備する

バッテリーのサンプルをリクエストする前に、実際のインターフェイスを評価するのに十分な情報をバッテリーのサプライヤーに送信してください。

• 製品アプリケーションと意図されたドッキング動作モード。

• セル構成、電圧要件、容量目標。

• 承認された充電電圧および充電電流要件。

• 通常、ピーク、待機時の放電需要。

• 完成したバッテリーの最大寸法と利用可能な取り付けスペース。

• バッテリーに対するコイルと受信機の位置。

• コネクタのピン配置、ケーブルの長さ、ワイヤの取り出し方向。

• PCM または BMS 要件と温度感知インターフェイス。

• 可能な場合は、意図された充電環境と測定されたプロトタイプの温度。

• サンプル検証の要件、数量、プロジェクトの段階。

ワイヤレス電子機器チームに同じバッテリーの図面と仕様の改訂版を渡します。 2 つのサプライヤーは、セル、温度センサー、または利用可能なスペースについて異なる仮定に基づいて作業するべきではありません。

サンプリング前にバッテリーの受け入れ記録に同意します。あ バッテリー パックのテスト チェックリストは、 個別のワイヤレス システム検証記録と併せて、容量、放電、保護、温度の結果を整理するのに役立ちます。

ZERNE は、寸法、容量、保護、NTC 要件、コネクタ、ケーブルに関するバッテリーのカスタマイズをサポートしています。ワイヤレス送信機、受信機、およびコイルの開発には、個別に合意された範囲が必要です。これらの関数がカスタム セルまたはパックに含まれているとは想定しないでください。

検証済みのコイル、シールド、ハウジング、バッテリー、ファームウェアのリビジョンをまとめて凍結します。フィット感、電力伝達、センシング、または加熱に影響を与える可能性のある変更を行った後は、関連するテストを再評価してください。

よくある質問

LiPo バッテリーのワイヤレス充電には特別なセルが必要ですか?

セルには固有の無線受信機能は必要ありません。システムが従う承認された充電仕様が必要です。バッテリーの形式、温度検知、保護も完成したデバイスに適合する必要があります。

ワイヤレスレシーバーをLiPoバッテリーに直接接続できますか?

電源レシーバーだけの場合はそうではありません。バッテリ充電制御が存在し、正しく設定されている必要があります。一部の受信機にはその制御が統合されています。アーキテクチャを選択する前に、正確な回路とセルの要件を確認してください。

すべての LiPo バッテリー ワイヤレス充電システムは電話の充電パッドと互換性がありますか?

いいえ、互換性は送信機、受信機、テクノロジー、組み立てられた製品によって異なります。独自のドックまたは小型デバイスの受信機は、任意の電話パッドと互換性があると想定すべきではありません。

LiPo バッテリーのワイヤレス充電は常に有線充電よりも時間がかかりますか?

普遍的な比較は適用されません。再充電時間は、供給される電力、バッテリー充電制限、デバイスの負荷、温度、充電終了によって異なります。定義された条件下で完全に測定された充電プロファイルを比較します。

受信コイルはバッテリーの横または後ろに配置できますか?

場所は磁気、熱、機械的なレビューが必要です。生産目的のエンクロージャ内の選択したコイル、シールド、バッテリの配置を検証します。オープンボード テストが成功しても、すべてのスタック レイアウトが承認されるわけではありません。

OEM バイヤーはワイヤレス充電 LiPo 製品について何を指定する必要がありますか?

対象のドック、バッテリー制限、充電対象、デバイス負荷、完成したバッテリースペース、コイル配置、温度フィードバック、検証条件を指定します。バッテリー設計とワイヤレス電子機器の責任を個別に割り当てます。

結論

製品全体が互換性のあるワイヤレス受信と適切なバッテリー充電制御を提供する場合、LiPo バッテリーはワイヤレスで充電できます。技術的な決定は、セルの選択やコイルの追加だけにとどまりません。

OEM チームは、サブシステムの責任を定義し、完全な設置範囲を保存し、現実的な調整、負荷、温度条件下で充電を検証する必要があります。管理された設計改訂を使用して、バッテリーとワイヤレスアセンブリを一緒に承認します。

バッテリー仕様のレビューをリクエストする

ワイヤレス充電を備えたコンパクトな製品を開発していますか?バッテリーのエンベロープ、充電制限、負荷プロファイル、コネクタ、NTC 要件、および提案されたコイル レイアウトを ZERNE と共有します。カスタム LiPo バッテリーのサポートをリクエストして、バッテリーの選択を確認し、ホストの充電設計と並行してインターフェイスをパックします。