Ontwerp van het LiPo-batterijcompartiment: ruimte, hitte, compressie en zwelling

Een LiPo-batterijcompartiment moet meer doen dan alleen een batterij op zijn plaats houden. Het moet voldoen aan productietoleranties, het zakje beschermen tegen geconcentreerde druk, beweging controleren, hitte beheersen, de afdichtings- en kabelgebieden behouden en voldoende ruimte laten voor verwachte maatveranderingen gedurende de levensduur van het product.

De juiste compartimentgrootte kan niet worden bepaald door een willekeurige speling toe te voegen aan een nominale celdikte. Productontwerpers moeten het volledige batterijpakket, de minimaal beschikbare behuizingsruimte, het gedrag van de montagematerialen, de bedrijfstemperatuur en de verwachte toestand van de batterij na veroudering evalueren.

Een betrouwbaar ontwerp volgt normaal gesproken vier principes:

• Zorg ervoor dat het compartiment overeenkomt met de maximale afmetingen van de voltooide verpakking, en niet met de nominale afmetingen van de zakcel.

• Voorkom lokale druk van ribben, schroeven, PCB-randen, connectoren en harde componenten.

• Gebruik gecontroleerde retentie zonder ervan uit te gaan dat elke zakcel dezelfde compressie nodig heeft.

• Definieer de zwellingsmarge op basis van leveranciersgegevens en validatie op apparaatniveau in plaats van een universeel percentage of millimeterwaarde.

In deze handleiding wordt uitgelegd hoe u deze principes kunt toepassen bij het ontwerpen van een LiPo-batterijcompartiment voor een compact elektronisch apparaat.

Waarom het ontwerp van het batterijcompartiment belangrijk is

LiPo-buidelcellen helpen productontwerpers dunne, lichtgewicht en onregelmatige interne ruimtes efficiënt te gebruiken. Het zakje biedt echter minder structurele bescherming dan een stijve cilindrische cel of een cel met een metalen behuizing.

De behuizing wordt daardoor onderdeel van het batterij-integratiesysteem.

Een ongeschikt compartiment kan problemen veroorzaken zoals:

• Tas beschadigd tijdens montage

• Druk van behuizingsribben of schroefnokken

• Kabel knelt

• Interferentie van connectoren

• Beweging van de batterij tijdens vallen of trillingen

• Te hoge temperatuur in een verzegeld product

• Dekselvervorming na veroudering van de batterij

• Spanning op het display, de printplaat of de behuizing

• Moeilijkheden bij het verwijderen van de batterij tijdens onderhoud

• Variatie tussen prototype en productiefit

Een batterij die in één prototypebehuizing past, is niet noodzakelijkerwijs klaar voor productie. Het ontwerp moet rekening houden met de grootst toegestane batterij, het kleinst toegestane compartiment en variatie in schuim, lijm, labels, isolatie en montagepositie.

Begin met de voltooide batterij-envelop

Het modelnummer van de batterij beschrijft vaak de geschatte dikte, breedte en lengte van de buidelcel. Het beschrijft niet noodzakelijkerwijs de volledige montage die in het product is geïnstalleerd.

Een voltooide LiPo-batterij kan ook het volgende bevatten:

• Beveiligingscircuitmodule

• MOSFET's en andere elektronische componenten

• Nikkel tabbladen

• Isolatieband

• Buitenverpakking

• Kleefmiddel

• Label

• Draden

• Connector

• NTC-thermistor

• Communicatie leidt

• Gevouwen afdichtings- of lipgebieden

Deze componenten kunnen projecties creëren buiten het hoofdcellichaam. Het PCM-gebied kan dikker zijn dan het actieve celgebied, terwijl de connector en kabel mogelijk extra routeringsruimte vereisen.

Wanneer compacte afmetingen een prioriteit zijn, is ZERNE's Dunne lithium-polymeerbatterijopties kunnen worden beoordeeld aan de hand van de beschikbare ruimte, het beoogde capaciteitsdoel, de connectorpositie en de beschermingsvereisten. Het kiezen van een dunnere cel neemt echter niet de noodzaak van tolerantie en verouderingstoeslag weg.

Bereken de speling met een tolerantiestapel

De vrije ruimte in het batterijcompartiment moet worden berekend op basis van de slechtste afmetingen in plaats van op basis van nominale CAD-waarden.

Een vereenvoudigde berekening van de dikterichting kan worden uitgedrukt als:

Resterende ontwerpmarge = minimale compartimentdiepte − maximale dikte van het afgewerkte pakket − isolatie- en barrièredikte − montageafstand − geplande maatafwijking

Als schuim of een ander samendrukbaar retentiemateriaal wordt gebruikt, moeten ook de geïnstalleerde dikte en het compressiebereik ervan worden meegerekend.

Hetzelfde principe geldt voor breedte en lengte:

Minimale zijspeling = minimaal beschikbare behuizingsafmeting − maximale batterijafmeting − vereiste montage- en bewegingsvrijheid

Het resultaat moet acceptabel blijven onder de slechtst toegestane combinatie van:

• Tolerantie batterijdikte

• Behuizingstolerantie

• Tolerantie schuimdikte

• Lijmdikte

• Etiket en isolatiedikte

• PCB-positie

• Positie van schroefbaas

• Montage-offset

• Temperatuurgerelateerde materiaalverandering

• Verwachte maatverandering van de batterij

Ga er niet vanuit dat elke maximale en minimale voorwaarde even waarschijnlijk is. Bij een formele tolerantieanalyse kan gebruik worden gemaakt van worst-case stapeling, statistische analyse of beide, afhankelijk van het productrisico en het productievolume. De geselecteerde methode moet worden gedocumenteerd.

Verdeel het compartiment in functionele zones

Een enkele spelingwaarde beschrijft niet voldoende de gehele batterijruimte. Verschillende gebieden hebben een verschillende behandeling nodig.

De batterijtekening moet de hoofdcelbehuizing, afdichtingsranden, PCM, kabeluitgang, connector en eventuele gebieden met beperkte druk identificeren. Door de verpakking als een eenvoudig rechthoekig blok te behandelen, kunnen belangrijke interferentiepunten worden verborgen.

Bescherm het zakje tegen lokale druk

Een LiPo-zakje mag niet tegen scherpe randen, blootliggende bevestigingsmiddelen, ruwe oppervlakken of kleine harde uitsteeksels rusten.

Potentiële drukpunten zijn onder meer:

• Schroefpunten

• Schroef bazen

• Spuitgegoten ribben

• PCB-hoeken

• Component-leidingen

• Connectorbehuizingen

• Randen van plaatstaal

• Verkeerd uitgelijnd schuim

• Zelfklevende kralen

• Behuizingsclips

• Tijdens de montage is er vuil achtergebleven

Lokale druk is zorgwekkender dan een breed, gelijkmatig verdeeld contact, omdat de kracht over een klein gebied is geconcentreerd.

Gebruik uitsluitingszones

Definieer uitsluitingszones rond:

• De omtrek van de zak

• Randen afdichten

• Gevouwen tabbladen

• Overgang van cel naar PCM

• PCM-componenten

• Kabelsoldeerverbindingen

• Uitgangspunten van draden

Een ribbe die buiten de nominale batterij lijkt, kan nog steeds in contact komen met een pakket van maximale grootte of een enigszins verkeerd uitgelijnde productie-eenheid. Uitgesloten zones moeten daarom tolerantie voor de batterij en de positie van de montage omvatten.

Bekijk de gesloten behuizing

Veel interferentieproblemen verschijnen pas nadat het apparaat volledig is gemonteerd.

Bevestig tijdens de ontwerpverificatie dat:

• Het deksel sluit zonder de batterij naar beneden te duwen.

• Bevestigingsmiddelen veroorzaken geen druk op de cel.

• De batterij kan niet bekneld raken tussen twee niet bij elkaar passende behuizingsoppervlakken.

• Een printplaat of display gebruikt de batterij niet als structurele ondersteuning.

• De kabel loopt niet tussen de accu en een harde rand.

• Schuim blijft na sluiting op de beoogde plaats.

• De lijm verzamelt zich niet in een harde lokale rand.

• Val- of trillingsbelastingen kunnen de accu niet scherp maken.

Behuizingen in secties, drukgevoelige films, transparante prototypes, dimensionaal scannen en gecontroleerde demontage-inspecties kunnen helpen verborgen contactpunten bloot te leggen.

Ontwerp de thermische omgeving rond het echte apparaat

Batterijwarmte komt niet alleen uit de cel. Het volledige stroompad kan warmte genereren tijdens opladen, ontladen, opstarten of herhaalde piekbelastingen.

Mogelijke warmtebronnen zijn onder meer:

• Interne weerstand van de cel

• PCM- of BMS-MOSFET's

• Zekering- en stroomgevoelige componenten

• Nikkel verbindingen

• Draden

• Connector-terminals

• Elektronica van oplader

• Spanningsomzetters

• Verwerkers

• Beeldschermen

• Motoren

• Draadloze zenders

Een afgesloten behuizing kan warmte vasthouden die zou verdwijnen tijdens een test op een open bank. De batterij moet daarom worden getest in de voor productie bestemde behuizing met de uiteindelijke elektronica, schuim, lijm, oplaadsysteem en bedieningsprofiel.

Vermijd het gebruik van de batterij als koellichaam

Als u de batterij rechtstreeks tegen een processor, stroomomvormer, lader-IC, achtergrondverlichting van het beeldscherm of motor plaatst, kan de door het apparaat gegenereerde warmte naar de cel worden overgebracht.

Waar praktisch:

• Scheid de batterij van de belangrijkste warmtegenererende componenten.

• Zorg voor een gedefinieerd thermisch pad van hete elektronica naar de behuizing.

• Zorg ervoor dat er geen warmte door het zakje stroomt.

• Gebruik thermische barrières alleen nadat u het effect ervan op de totale temperatuur van de behuizing hebt gecontroleerd.

• Houd het PCM-gebied uit de buurt van andere geconcentreerde warmtebronnen.

• Evalueer het opladen terwijl het apparaat in werking is, als het product dit ondersteunt.

Het toevoegen van isolatie rond de batterij kan de directe warmteoverdracht van een nabijgelegen onderdeel verminderen, maar kan ook de warmte vasthouden die door de batterij zelf wordt gegenereerd. Thermisch ontwerp moet daarom als een compleet systeem worden beoordeeld.

Test de slechtst relevante omstandigheden

Thermische tests moeten omstandigheden omvatten die redelijkerwijs de hoogste batterij- of componenttemperatuur kunnen veroorzaken, zoals:

• Maximaal beoogde continue belasting

• Herhaald piekstroombedrijf

• Laden met de maximaal toegestane stroom

• Opladen terwijl het apparaat actief is

• Hoge omgevingstemperatuur

• Direct zonlicht of een externe warmtebron, indien relevant

• Minimale ventilatie

• Lage laadtoestand van de batterij bij zware belasting

• Elektrische kenmerken van oude batterij

• Schuim of isolatie met maximale dikte

• Behuizingsmaterialen voor productiedoeleinden

Meet meer dan de externe behuizingstemperatuur. Afhankelijk van het ontwerp kunnen relevante meetpunten het celoppervlak, PCM, connector, draden, laadcircuit, nabijgelegen PCB en gebruikerscontactoppervlak zijn.

Plaats de temperatuurdetectie opzettelijk

Als de batterij een NTC-thermistor gebruikt, moet de positie ervan de temperatuur weergeven die het laad- of beveiligingssysteem moet regelen.

Rekening:

• De NTC-specificatie en weerstandscurve

• Sensorlocatie

• Thermisch contact

• Pin-out van connector

• Apparaatinterpretatie

• Laad- en ontlaadlimieten

• Reactie op een open of kortgesloten sensor

• Temperatuurvertraging tussen de cel en de sensor

Een NTC geeft een temperatuursignaal af. De lader, het apparaat, het PCM of het BMS moeten dat signaal interpreteren en de vereiste actie ondernemen.

Retentie is niet hetzelfde als compressie

Er moet worden voorkomen dat de batterij overmatig beweegt, maar het op zijn plaats houden ervan vereist niet automatisch een stevige compressie.

Ontwerpers moeten onderscheid maken tussen:

• Vrije ruimte: onbezette ruimte vereist voor tolerantie, montage of maatverandering

• Retentie: functies die de beweging van de batterij tijdens normaal gebruik, trillingen of vallen beperken

• Voorbelasting: een gecontroleerde initiële kracht uitgeoefend door schuim of een ander flexibel materiaal

• Compressie: kracht uitgeoefend op de celoppervlakken door de geïnstalleerde structuur

Deze voorwaarden kunnen elkaar overlappen, maar zijn niet uitwisselbaar.

Wanneer conforme retentie kan helpen

Een geschikt schuim of elastomeer kan:

• Pak productievariatie aan

• Verminder beweging van de batterij

• Verdeel het contact over een breed gebied

• Bescherm het zakje tegen harde oppervlakken in de buurt

• Absorbeer beperkte mechanische schokken

• Mogelijkheid tot enige dimensionale verandering

Schuim mag echter niet alleen op dikte worden geselecteerd. Het kracht-afbuiggedrag is van belang.

Een dik, stijf schuim kan overmatige kracht uitoefenen als het in een kleine opening wordt geïnstalleerd. Een zeer zacht schuim kan een permanente compressie ondergaan en de batterij na veroudering niet meer vasthouden.

Evalueer:

• Nominale schuimdikte

• Dikte tolerantie

• Compressiebereik

• Forceer bij minimale en maximale geïnstalleerde openingen

• Compressie ingesteld

• Temperatuurafhankelijkheid

• Verouderingsgedrag

• Ontvlambaarheidsvereisten

• Chemische compatibiliteit

• Kleefgedrag

• Positiebehoud tijdens montage

De situatie met maximale kracht kan optreden bij de dikste batterij, het dikste schuim en het kleinste compartiment. De voorwaarde voor minimale retentie kan optreden bij de dunste batterij, het dunste schuim, het grootste compartiment en verouderd schuim.

Beide voorwaarden moeten worden gecontroleerd.

Vermijd lokale of ongecontroleerde compressie

Slechte compressieontwerpen omvatten:

• Een smalle rib die in het midden van de buidel drukt

• Een schroefbaas die contact maakt met één celvlak

• Een harde PCB-component die door dun schuim drukt

• Een klein schuimkussentje dat een geconcentreerde belasting produceert

• Een behuizingsdeksel dat na bevestiging op de cel buigt

• Lijm ongelijkmatig aangebracht onder de batterij

• Een connector die vastzit tussen de cel en de behuizing

• Schuim dat slechts een deel van de zwelrichting bedekt

Als een celleverancier een gecontroleerd compressiebereik specificeert, moet het omhullings- en retentiesysteem op basis van die eis worden ontworpen en gevalideerd. Compressiewaarden van een andere zakcel, chemie, maat of toepassing mogen niet automatisch worden gekopieerd.

Zorg voor een gerechtvaardigde zwellingstoeslag

'Zwellingtoeslag' betekent niet dat een zichtbaar defecte batterij in gebruik moet blijven. Dit betekent dat het compartiment is ontworpen rond het verwachte maatgedrag gedurende de goedgekeurde levensduur, terwijl schadelijke druk op de batterij en aangrenzende componenten wordt vermeden.

De dikte van de buidelcellen kan veranderen vanwege verschillende mechanismen:

• Omkeerbare veranderingen tijdens laden en ontladen

• Temperatuurgerelateerde uitzetting

• Geleidelijke aan veroudering gerelateerde diktegroei

• Gasproductie geassocieerd met degradatie of abnormale omstandigheden

Deze mechanismen mogen niet als één identieke aandoening worden behandeld.

Een kleine, verwachte dikteverandering binnen gevalideerde grenzen verschilt van abnormale zwelling die gepaard gaat met snelle groei, ongebruikelijke hitte, geur, lekkage, vervorming van de behuizing of prestatieverlies. Een product moet inspectie- en servicecriteria voor abnormale batterijcondities hebben gedefinieerd.

Gebruik geen universeel zwellingspercentage

De benodigde toeslag is afhankelijk van factoren als:

• Celchemie

• Elektrode ontwerp

• Nominale dikte

• Maximale laadspanning

• Laadbereik

• Laad- en ontlaadstroom

• Bedrijfstemperatuur

• Opslagtemperatuur

• Tijd doorgebracht met een hoge laadstatus

• Levenscyclusdoel

• Kalender-levensdoel

• Toegepaste compressie

• Variatie in celproductie

• Criteria voor het einde van de levensduur

De batterijleverancier moet toepasselijke maatlimieten of testgegevens verstrekken voor de voorgestelde cel- en gebruiksomstandigheden. Als de leverancier niet voldoende informatie kan verstrekken, moet het ontwerpteam een ​​limiet vaststellen door middel van gecontroleerde veroudering en validatie op apparaatniveau.

Bedenk waar de batterij tegenaan zou kunnen drukken

Als de dikte toeneemt, identificeer dan welk onderdeel de belasting ontvangt.

Mogelijke gevolgen zijn onder meer:

• Weergave optillen

• Vervorming van de dekking

• PCB-buigen

• Verplaatsing van connector

• Kleefscheiding

• Verlies van omgevingsafdichting

• Verhoogde druk op het zakje

• Moeilijkheid om de behuizing te openen

• Schade tijdens het verwijderen van de batterij

Het compartiment mag de batterij-uitbreiding niet rechtstreeks overbrengen naar een kwetsbaar beeldscherm, een scherp PCB-element of een stijve sluiting.

Gebruik indien nodig conforme materialen en een gedefinieerde uitzettingsrichting. Zorg ervoor dat de omtrek van de zak en de afdichtingsgebieden beschermd blijven als de afmetingen veranderen.

Houd rekening met lijm, schuim en isolatie

Montagematerialen hebben zowel invloed op het mechanische als het thermische ontwerp.

Kleefmiddel

Lijm kan beweging voorkomen, maar kan ook:

• Voeg ongeplande dikte toe

• Creëer een oneffen steunoppervlak

• Maak serviceverwijdering moeilijk

• Beschadig het zakje tijdens het verwijderen

• Verlies kracht bij verhoogde temperatuur

• Kruip onder langdurige belasting

• Blokkeer een gewenst thermisch pad

Als de batterij kan worden onderhouden, zorg dan voor een gecontroleerde verwijderingsmethode, zoals een toegankelijk treklipje of een ander goedgekeurd ontgrendelingsmechanisme. De kracht en richting van het verwijderen mogen het zakje niet vouwen, doorboren of scherp buigen.

Schuim

Schuim moet een breed, voorspelbaar contact bieden. Kleine pads kunnen lokaal hoge belastingen veroorzaken en kunnen ervoor zorgen dat de verpakking tijdens de montage kantelt.

Documenteer het schuim:

• Materiaal

• Cijfer

• Dikte

• Dikte

• Gegevens over hardheid of kracht-doorbuiging

• Kleefmiddel

• Locatie

• Gebied

• Oriëntatie

• Compressiebereik

'Voeg schuim toe indien nodig' is geen specificatie voor productieklare batterijmontage.

Isolatie en barrières

Er kan isolatie nodig zijn tussen de batterij en geleidende of schurende oppervlakken. De dikte, randdekking, temperatuurbestendigheid en weerstand tegen montageschade moeten in het ontwerp worden opgenomen.

Een dunne film die tijdens de montage verschuift, kan het zakje niet betrouwbaar beschermen. Het ontwerp moet zijn positie bepalen en vouwen of zichtbare randen voorkomen.

Ontwerp de kabel- en connectorruimte afzonderlijk

De kabel mag niet worden behandeld als onderdeel van de vrije ruimte rond de accu.

Het compartiment moet voorzien zijn van:

• Een gedefinieerd kabeltraject

• Voldoende buigradius

• Trekontlasting

• Afstand van scherpe randen

• Ruimte voor aansluiting van de connector

• Bescherming tegen behuizingsklemmen en schroeven

• Toegang voor montage

• Bescherming tegen herhaaldelijk buigen

• Juiste connectorrichting

• Polariteit en pinout-controle

Forceer overtollige draad niet onder het zakje, tenzij de batterij- en apparaatontwerpen dit specifiek toelaten. Een luskabel kan een drukpunt creëren en de positie van de batterij inconsistent maken.

De kabeluitgang moet ook vrij blijven als de batterij van dikte verandert. Anders kan uitzetting aan de draad trekken, een soldeerverbinding belasten of de connector verplaatsen.

Houd de afdichtings- en lipgebieden vrij van structurele belastingen

De bovenafdichting, zijafdichtingen, gevouwen randen en tabovergang vereisen speciale aandacht.

Voorkomen:

• Scherpe vouwing van de afdichting

• Klemmen over het tabbladgebied

• Trek aan de lipjes door de kabel

• Het vinden van een schroefnaaf naast de zakrand

• Gebruik van de afdichting als positioneringsstop

• Een kabel over een gevouwen rand leiden

• Het aanbrengen van lijm daar waar deze de beoogde afdichtingsgeometrie blokkeert

Mechanische stops moeten inwerken op goedgekeurde gebieden en de belastingen op de juiste manier verdelen. Op de tekening van de leverancier moeten gebieden worden aangegeven waar druk, buiging of lijm beperkt is.

Een praktisch ontwerpproces voor het LiPo-batterijcompartiment

Stap 1: Definieer de apparaatvereisten

Document:

• Beschikbare driedimensionale ruimte

• Vereiste capaciteit en looptijd

• Nominale spanning

• Continue en piekstroom

• Oplaadmethode en stroom

• Bedrijfs- en opslagtemperaturen

• Verwachte productlevensduur

• Montageproces

• Eisen voor vallen en trillingen

• Onderhoudsgemak

• Doelmarkten en toepasselijke vereisten

Stap 2: Verkrijg een tekening van het voltooide pakket

Vraag een tekening aan met daarin:

• Maximale dikte, breedte en lengte

• Dimensionale toleranties

• PCM-locatie

• Maximale lokale projecties

• Afdichtings- en lipgebieden

• Kabel uitgang

• Draad lengte

• Connector

• Etiket en isolatie

• Meetomstandigheden

• Gebieden met beperkte druk

ZERNE's op maat gemaakte Li-polymeer batterijoplossingen kunnen celselectie, PCM of BMS, NTC, draden, connectoren, isolatie en verpakkingsafmetingen omvatten rond de elektrische en mechanische vereisten van een OEM-apparaat.

Stap 3: Bouw het tolerantiemodel

Vergelijken:

• Maximaal afgewerkte batterij

• Minimale behuizingsruimte

• Schuim- en lijmtoleranties

• Montagepositie

• Buitengesloten zones

• Kabel route

• Toelage voor maatverandering

Voer de analyse afzonderlijk uit voor dikte, breedte, lengte, PCM, kabel en connectorgebieden.

Stap 4: Controleer de druk- en warmtepaden

Identificeren:

• Elk oppervlak dat de batterij kan raken

• Elk onderdeel dat na het sluiten op de batterij kan drukken

• De schuimconditie met de hoogste kracht

• Warmtebronnen in de buurt

• Beoogde thermische paden

• Positie temperatuursensor

• De richting die beschikbaar is voor dimensionale verandering

Stap 5: Bouw prototypes voor productiedoeleinden

Gebruik representatief:

• Batterijmonsters

• Behuizingsmaterialen

• Schuim

• Kleefmiddel

• PCB

• Weergave

• Bevestigingsmiddelen

• Kabelgeleiding

• Oplader

• Apparaatfirmware

Een 3D-geprinte behuizing kan helpen bij vroege pasvormcontroles, maar de stijfheid, het thermische gedrag en de toleranties kunnen verschillen van de productiebehuizing.

Stap 6: Test meerdere tolerantievoorwaarden

Waar praktisch mogelijk, evalueer combinaties die het volgende vertegenwoordigen:

• Batterij van maximaal formaat in compartiment van minimaal formaat

• Batterij van minimaal formaat in compartiment van maximaal formaat

• Maximale schuimdikte

• Minimale schuimretentie na veroudering

• Batterij in relevante laadstatus

• Hoge en lage bedrijfstemperaturen

• Uitersten van montageposities

Stap 7: Valideer het volledige product

Relevante tests kunnen zijn:

• Montage en sluiting van de behuizing

• Visuele inspectie na montage

• Vallen en trillen

• Opladen

• Maximale continue belasting

• Herhaalde piekbelastingen

• Temperatuurstijging

• Kabel vasthouden

• Connectortoegang

• Schuimveroudering

• Thermisch fietsen

• Batterij verwijderen

• Versnelde veroudering

• Maatvoeringscontroles van de levensduur

• Controles van afmetingen van opslag

Meet de batterij voor en na relevante tests en inspecteer op drukplekken, schade aan de tas, slijtage van de kabel, verplaatsing van het schuim, defecte lijm en vervorming van de behuizing.

Stap 8: Bevries de goedgekeurde constructie

Controle:

• Onderdeelnummer en revisie van de batterij

• Maximale afgewerkte afmetingen

• Celmodel

• PCM of GBS

• Connector en draad

• Schuimspecificatie

• Lijmspecificatie

• Isolatie

• Montagepositie

• Kabel route

• Afmetingen behuizing

• Inspectiemethode

• Acceptatielimieten

ZERNE's Het kwaliteitscontrolesysteem voor li-polymeerbatterijen omvat celtracking, structurele inspectie, procesmonitoring en uiteindelijke prestatieverificatie. Deze productiecontroles moeten verband houden met de batterijkarakteristieken die tijdens het compartimentontwerp als cruciaal zijn aangemerkt.

Veel voorkomende ontwerpfouten in het batterijcompartiment

Controlelijst voor het ontwerpen van het batterijcompartiment

Batterij-envelop

• Maximale dikte van het afgewerkte pakket bevestigd

• Maximale breedte en lengte bevestigd

• PCM-projectie inbegrepen

• Label, tape en isolatie inbegrepen

• Inclusief kabeluitgang en connectorenvelop

• Meetomstandigheden gedocumenteerd

Opruiming en toleranties

• Minimale afmetingen van de behuizing bevestigd

• Toleranties van batterijen en behuizing geanalyseerd

• Inclusief tolerantie voor montagepositie

• Uitgesloten zones gedefinieerd

• Minimale montagespeling bevestigd

• Maatafwijking van de levensduur gerechtvaardigd

Mechanische bescherming

• Geen scherpe randen in de buurt van het zakje

• Geen schroef- of ribcontact

• Afdichtings- en lipgebieden beschermd

• Beweging van de batterij gecontroleerd

• Val- en trillingsbelastingen geëvalueerd

• Batterij kan zonder kracht worden geïnstalleerd

• De batterij kan worden verwijderd zonder schade aan het zakje

Schuim en lijm

• Schuimmateriaal en kwaliteit gespecificeerd

• Maximale en minimale compressie geëvalueerd

• Veroudering en compressieset beoordeeld

• Het contactgebied is breed en gecontroleerd

• Inclusief lijmdikte

• Gedrag van lijmtemperatuur beoordeeld

• Verwijderingsmethode gedefinieerd waar nodig

Thermisch ontwerp

• Nabijgelegen warmtebronnen geïdentificeerd

• De batterij wordt niet als koellichaam gebruikt

• PCM-temperatuur geëvalueerd

• Laadtemperatuur geëvalueerd

• Maximale belastingstemperatuur geëvalueerd

• Behuizing getest voor productiedoeleinden

• Locatie van temperatuursensor geverifieerd

Kabel en connector

• Kabelroute gedefinieerd

• Buigradius acceptabel

• Trekontlasting voorzien

• Kabel kan niet bekneld raken

• Connector kan worden gemonteerd en onderhouden

• Polariteit en pinout geverifieerd

• Uitbreiding kan niet aan de kabel trekken

Validatie en productie

• Meerdere batterijmonsters getest

• Tolerantiecombinaties in het slechtste geval beoordeeld

• Er zijn behuizingen voor productiedoeleinden gebruikt

• Verouderings- of cyclusgerelateerde afmetingen gemeten

• Val- en trillingsinspecties voltooid

• Goedgekeurde batterij- en behuizingrevisies bevroren

• Schuim, lijm en isolatie gecontroleerd

• Vereisten voor kennisgeving van wijzigingen aan leveranciers vastgesteld

Informatie om een ​​leverancier van LiPo-batterijen te sturen

Om de batterijselectie en de beoordeling van de compartimenten te ondersteunen, dient u het volgende te verstrekken:

• Beschikbare tekening met batterijruimte

• Minimale interne afmetingen

• Beperkte gebieden en nabijgelegen componenten

• Doelbatterijcapaciteit

• Nominale spanning

• Continue stroom

• Piekstroomgrootte, duur en frequentie

• Laadspanning en stroom

• Runtime-doel

• Bedrijfs- en opslagtemperaturen

• Productlevensduurdoel

• Connector- en draadvereisten

• PCM-, BMS- of NTC-vereisten

• Val- en trillingsomstandigheden

• Montagemethode

• Schuim- of lijmvoorstel

• Onderhoudsvereisten

• Verwacht productievolume

• Doelmarkten en nalevingsvereisten

Een driedimensionaal behuizingsmodel is nuttig, maar een duidelijke tweedimensionale tekening met afmetingen, toleranties, doorsneden, schroeflocaties en uitsluitzones kan effectiever zijn voor een vroege beoordeling.

Conclusie

Een betrouwbaar LiPo-batterijcompartiment is ontworpen rond het volledige batterijsysteem, niet rond een nominale zakcelgrootte.

Het ontwerp moet voldoende ruimte bieden voor toleranties bij het eindproduct, montage, kabelgeleiding en gerechtvaardigde maatveranderingen in de levensduur. Tegelijkertijd moet het overmatige beweging, geconcentreerde druk, ongecontroleerde compressie en blootstelling aan hitte van nabijgelegen elektronica voorkomen.

Schuim, lijm, isolatie, behuizingsribben, bevestigingsmiddelen en kabelgeleiding hebben allemaal invloed op de uiteindelijke batterijomgeving. Deze details moeten worden gespecificeerd en gevalideerd en mogen niet aan de aanpassing van de productielijn worden overgelaten.

Het belangrijkste is dat er geen universele speling, compressiekracht of zwellingstoeslag geldt voor elke LiPo-batterij. De uiteindelijke waarden moeten gebaseerd zijn op de geselecteerde cel, de constructie van het voltooide pakket, het bedrijfsprofiel, het temperatuurbereik, het beoogde productlevensduur, leveranciersgegevens en testen in het productie-intentie-apparaat.

Door deze factoren te beoordelen voordat het ontwerp van de behuizing wordt bevroren, kunnen OEM-teams pasproblemen in een laat stadium verminderen, de hoes beschermen tijdens montage en gebruik, en een betrouwbaarder traject creëren van batterijbemonstering naar massaproductie.

Veelgestelde vragen

Hoeveel ruimte moet een LiPo-batterijcompartiment hebben?

Er bestaat geen universele opruimingswaarde. Het compartiment moet worden berekend op basis van de maximale afmetingen van de afgewerkte verpakking, de minimale afmetingen van de behuizing, de montagevereisten, toleranties voor schuim of lijm, kabelruimte en gerechtvaardigde rekening houdend met maatveranderingen tijdens de beoogde levensduur van het product.

Moet een LiPo-batterij goed in de behuizing passen?

De batterij moet worden vastgehouden zonder ongecontroleerd knijpen of plaatselijke druk. Een strakke pasvorm die alleen op nominale afmetingen is gebaseerd, kan buitensporig worden wanneer de toleranties voor batterij, schuim en behuizing de slechtst denkbare combinatie bereiken.

Heeft een LiPo-batterij compressie nodig?

Sommige buidelceltoepassingen maken gebruik van gecontroleerde compressie, terwijl andere gebruik maken van soepele retentie met gedefinieerde speling. De juiste aanpak hangt af van het celontwerp, de grootte, de chemie, de eisen van de leverancier, het belastingsprofiel en de beoogde levensduur. Kopieer geen compressiewaarde uit een niet-gerelateerde cel.

Kan schuim rechtstreeks op een LiPo-accu worden geplaatst?

Geschikt schuim kan worden gebruikt om het contact te verdelen en de beweging te controleren, maar het materiaal, het oppervlak, de dikte, de compressiekracht, het temperatuurgedrag en de verouderingskenmerken moeten worden geëvalueerd. Een klein of te stijf schuimkussen kan geconcentreerde druk creëren.

Hoe moet ik rekening houden met zwelling van de LiPo-batterij?

Gebruik dimensionale gegevens van leveranciers en toepassingsspecifieke verouderingstesten om een ​​toeslag vast te stellen. Houd rekening met de laadstatus, temperatuur, levensduur, opslag, laadspanning, belasting en toegepaste druk. Vertrouw niet op een generiek percentage.

Is elke verandering in de dikte van de zakcel een teken van falen?

Niet noodzakelijkerwijs. Pouch-cellen kunnen beperkte omkeerbare en aan veroudering gerelateerde dimensionale veranderingen ondergaan. Snelle of overmatige zwelling, hitte, lekkage, geur, vervorming van de behuizing of abnormale prestaties moeten worden behandeld als een mogelijk abnormale toestand en moeten worden behandeld volgens de veiligheids- en serviceprocedure van het product.

Kan de batterij onder de printplaat of het display worden geïnstalleerd?

Het kan mogelijk zijn, maar het ontwerp moet voorkomen dat de batterij uitzet of dat belasting van de behuizing de printplaat verbuigt, het scherm optilt of componenten in de tas drukt. Breekbare en scherpe onderdelen mogen geen structurele aanslagen voor de accu worden.

Moet ik de geschiktheid van de batterij testen bij een bepaalde laadstatus?

De meet- en validatievoorwaarden moeten samen met de leverancier worden gedefinieerd. De afmetingen van de batterij kunnen variëren afhankelijk van de laadtoestand, de temperatuur en de leeftijd, dus het controleren van slechts één nieuwe batterij met een niet-gespecificeerde laadtoestand is onvoldoende.

Waarom past de batterij wel tijdens het prototypen, maar niet tijdens de productie?

Mogelijke oorzaken zijn onder meer batterijtolerantie, tolerantie voor behuizingsvormgeving, PCM-positie, schuimvariatie, lijmdikte, kabelgeleiding, labeldikte, assemblage-offset of verschillen tussen prototype en productiematerialen.

Moet overtollige batterijkabel onder het zakje worden bewaard?

Dit moet over het algemeen worden vermeden, tenzij de rugzak en het compartiment specifiek voor die route zijn ontworpen. Een draad of connector onder het zakje kan een drukpunt creëren en de geïnstalleerde batterijhoogte inconsistent maken.

Hoe kan ik controleren of de behuizing de batterij comprimeert?

Vergelijk maatmetingen voor en na het sluiten van de behuizing, inspecteer waar nodig drukgevoelige film, onderzoek de batterij op contactsporen, bekijk door het bevestigingsmiddel veroorzaakte doorbuiging van de behuizing en test de maximale batterij- en minimale tolerantievoorwaarden van het compartiment.

Wanneer moet het ontwerp van het batterijcompartiment worden bevroren?

Bevries het ontwerp nadat de voor productie bestemde batterij, behuizing, schuim, lijm, isolatie, kabelroute, oplader en apparaathardware de vereiste mechanische, elektrische, thermische, omgevings-, verouderings- en assemblagevalidatie hebben doorstaan.