Hoe u een oplaadbaar lithium-ionbatterijpak kiest voor een OEM-apparaat

Als onderdeel van het complete apparaatsysteem moet een oplaadbaar lithium-ionbatterijpakket worden geselecteerd. Spanning, capaciteit, stroom, afmetingen, connector, beveiligingscircuit en oplader hebben allemaal invloed op de betrouwbaarheid van het eindproduct.

Een accupakket dat in een catalogus geschikt lijkt, voldoet mogelijk toch niet aan de eisen van een OEM-apparaat. Het kan elektrisch passen maar mechanisch niet, voldoende nominale capaciteit bieden maar niet voldoende piekstroom, of werken tijdens laboratoriumtests, maar een ander GBS of connector vereisen voor productie.

Om deze reden moeten OEM-teams de batterij beoordelen aan de hand van de werkelijke bedrijfsomstandigheden van het apparaat, in plaats van alleen op mAh of fysieke grootte te selecteren.

ZERNE biedt lithiumbatterijoplossingen voor toepassingen die aangepaste spanning, capaciteit, afmetingen, beveiligingssystemen en connectorconfiguraties vereisen.

Snel antwoord: hoe kies je een oplaadbaar lithium-ionbatterijpak?

Kies een oplaadbaar lithium-ionbatterijpak in deze volgorde:

1. Definieer het spanningsbereik en de vermogensarchitectuur van het apparaat.

2. Meet de normale, maximale en piekstroomvraag.

3. Stel de gewenste bedrijfstijd en het energiedoel in.

4. Controleer het batterijcompartiment, de afmetingen, de kabelroute en de gewichtslimiet.

5. Selecteer een geschikte celconfiguratie en batterijchemie.

6. Zorg ervoor dat het BMS, PCM, de oplader en de connector overeenkomen met de verpakking.

7. Bevestig de bedrijfstemperatuur en omgevingsomstandigheden.

8. Test prototypemonsters in het eigenlijke apparaat.

9. Beoordeel de productieconsistentie, documentatie en ondersteuning op maat.

10. Keur het definitieve accupakket pas goed na elektrische, mechanische en systeemvalidatie.

Het beste accupakket is niet noodzakelijkerwijs degene met de hoogste capaciteit. Het is degene die tegelijkertijd voldoet aan de spannings-, energie-, stroom-, mechanische, veiligheids- en productie-eisen van het apparaat.

1. Begin met de OEM-apparaatvereisten

Voordat u contact opneemt met een batterijleverancier, moet u een basisvereistenblad voor het apparaat opstellen.

Met deze informatie kan de leverancier de batterij beoordelen als een geïntegreerd onderdeel in plaats van een generiek pakket aan te bieden.

Voor een bredere uitleg over hoe deze vereisten zich verhouden tot het ontwerp van verpakkingen, zie Ontwerp van lithium-ionbatterijpak: spanning, capaciteit, BMS en looptijd.

2. Zorg ervoor dat de batterijspanning overeenkomt met die van het apparaat

Spanning is de eerste elektrische afschermingsvoorwaarde.

Het geselecteerde batterijpakket moet tijdens het ontladen en opladen binnen het aanvaardbare invoerbereik van het hostapparaat blijven. Een apparaat dat is ontworpen voor een eencellige lithiumbatterij accepteert mogelijk geen meercellig pakket zonder een geschikt energiebeheercircuit.

Controleer bij het definiëren van de spanning:

• nominale batterijspanning;

• volledig opgeladen spanning;

• minimale ontlaadspanning;

• ingangsspanningsbereik van apparaat;

• vereisten voor omvormers of regelaars;

• uitgangsspanning van de lader;

• BMS-afsnijdingsinstellingen.

Een pakket dat wordt beschreven als 7,4 V heeft bijvoorbeeld een nominale spanning, maar de spanning verandert tijdens het opladen en ontladen. Het apparaat moet worden ontworpen voor het volledige werkingsbereik en niet alleen voor de nominale waarde.

Als het project algemene configuraties met meerdere cellen vergelijkt, worden de details weergegeven serie- en parallelle batterijpakketten leggen uit hoe de celopstelling de spanning en capaciteit beïnvloedt. Het huidige selectieproces zou die configuratie alleen moeten gebruiken als input voor de bredere apparaatbeslissing.

3. Schat de capaciteit en energiebehoefte

De batterijcapaciteit wordt gewoonlijk uitgedrukt in ampère-uren of milliampère-uren. Energie wordt meestal uitgedrukt in wattuur.

Een voorlopige energieschatting is:

Energie (Wh) = Spanning (V) × Capaciteit (Ah)

Bijvoorbeeld:

7,4V × 2Ah = 14,8Wh

Dit is een nominale energieberekening. De bruikbare energie kan lager zijn vanwege:

• converterverliezen;

• ontlading afschakelspanning;

• temperatuur;

• veroudering van de batterij;

• huidige belasting;

• beschermingslimieten;

• operationele efficiëntie van het apparaat.

De capaciteit moet daarom worden geselecteerd op basis van de werkelijke bruikbare energiebehoefte en niet alleen op basis van de afgedrukte mAh-waarde.

Voor een meer gedetailleerde berekening, zie Hoe u de capaciteit van een lithium-ionbatterijpakket kunt berekenen.

4. Definieer het runtimedoel

Dezelfde batterijcapaciteit kan verschillende gebruikstijden in verschillende producten opleveren. Een apparaat met een stabiele laagvermogenbelasting gedraagt ​​zich anders dan een gemotoriseerd apparaat met frequente stroompieken.

Een voorlopige schatting van de looptijd kan als volgt worden geschreven:

Runtime ≈ Bruikbare batterij-energie ÷ Gemiddeld apparaatvermogen

Het eindresultaat is afhankelijk van het werkelijke belastingsprofiel van het apparaat. Ingenieurs moeten onderscheid maken tussen:

• standby-stroom;

• normale bedrijfsstroom;

• maximale continue stroom;

• piek- of opstartstroom;

• inschakelduur;

• slaap- en waakintervallen.

Een accu die voldoet aan de gemiddelde looptijd kan nog steeds ongeschikt zijn als deze het apparaat tijdens piekbelasting niet kan ondersteunen.

De gedetailleerde De berekeningsgids voor de looptijd van een lithiumbatterij behandelt de berekeningsfactoren dieper. In de selectiefase is de belangrijkste vraag of het kandidatenpakket voldoende bruikbare energie levert onder het reële exploitatieprofiel.

5. Controleer de capaciteit voor continue ontlading en piekontlading

Capaciteit en ontladingscapaciteit zijn verschillende specificaties.

Een accu met hoge capaciteit is mogelijk niet geschikt voor een apparaat met hoog vermogen als de cellen, het beveiligingscircuit of de bedrading de vereiste stroom niet kunnen ondersteunen. Omgekeerd kan een pakket met hoge ontlading meer stroomcapaciteit bieden dan nodig is, terwijl de kosten, het gewicht of de thermische eisen toenemen.

Document:

• gemiddelde ontlaadstroom;

• maximale continue stroom;

• piekstroom;

• piekduur;

• opstart- of inschakelstroom;

• herhalingsfrequentie;

• tolerantie voor spanningsdaling.

Het batterijpakket moet op systeemniveau worden geëvalueerd. Celcapaciteit, BMS-limieten, connectorclassificatie, kabelgrootte en thermische omstandigheden hebben allemaal invloed op de werkelijke prestaties.

Voor projecten met hoge stroomsterkte moet de leverancier de testomstandigheden bevestigen die worden gebruikt voor elke ontlading of stroomwaarde. Een beoordeling zonder testtemperatuur, uitschakelspanning en duur is moeilijk nauwkeurig te vergelijken.

6. Selecteer het celformaat en de batterijchemie

Het celformaat beïnvloedt de energiedichtheid, vorm, gewicht, thermisch gedrag en verpakkingsflexibiliteit.

Zakcellen uit lithiumpolymeer

Lithium-polymeer-zakjes zijn vaak geschikt wanneer het apparaat het volgende vereist:

• een dunne of aangepaste vorm;

• efficiënt gebruik van de ruimte in de behuizing;

• flexibele lengte, breedte of dikte;

• low-profile integratie;

• een aangepaste kabel- of connectorlocatie.

Cilindrische lithium-ioncellen

Cilindrische cellen kunnen geschikt zijn wanneer het ontwerp het volgende vereist:

• een gestandaardiseerd cilindrisch formaat;

• een stijve celstructuur;

• een serie- en parallelle pakketopstelling;

• een vervangbaar of modulair pakketontwerp;

• een grotere batterijbehuizing.

De keuze moet gebaseerd zijn op de verpakking, het stroomverbruik, de energie- en productievereisten van het apparaat. Het mag niet alleen worden gemaakt op basis van de nominale capaciteit van één cel.

Als bij een project zak- en cilindrische configuraties worden vergeleken, moet de leverancier het voltooide batterijpakket evalueren in plaats van alleen het aantal individuele cellen te vergelijken.

7. Bevestig de afmetingen en het gewicht van de batterij

De batterij moet in de productbehuizing passen zonder compressie-, bewegings- of kabelgeleidingsproblemen te veroorzaken.

Geef de leverancier:

• maximale dikte;

• toegestane lengte en breedte;

• vorm van batterijcompartiment;

• connectorspeling;

• kabelbochtgebied;

• bevestigingsmethode;

• vereisten voor demping of retentie;

• maximaal gewicht.

De nominale batterijafmetingen vertegenwoordigen mogelijk niet het volledige geïnstalleerde bereik. Ook de connector, beschermplaat, draden, isolatie, lijm, schuim en mechanische bevestigingen hebben ruimte nodig.

Een batterij die in de lege behuizing past, kan interfereren met:

• schroeven of bevestigingsmiddelen;

• weergavemodules;

• antennes;

• bewegende delen;

• warmteproducerende componenten;

• behuizingsribben;

• servicetoegangsgebieden.

Voor apparaten met strikte verpakkingslimieten moet het batterijcompartiment samen met de verpakking worden beoordeeld speling, compressie en zwelling.

8. Match het gebouwbeheersysteem en het beveiligingssysteem

Een oplaadbaar lithium-ionbatterijpak vereist normaal gesproken een beschermings- of beheersysteem dat geschikt is voor de configuratie en toepassing ervan.

Afhankelijk van het ontwerp kan het pakket het volgende vereisen:

• bescherming tegen overbelasting;

• bescherming tegen overmatige ontlading;

• overstroombeveiliging;

• kortsluitbeveiliging;

• temperatuurbewaking;

• celbalancering;

• schatting van de laadstatus;

• communicatiefuncties;

• opladen controle.

Het juiste beschermingsontwerp hangt af van het aantal cellen, de chemie, de huidige vraag, de vereisten van de oplader en het hostapparaat.

Een eenvoudig pakket met twee stroomdraden vereist mogelijk een andere beschermingsregeling dan een slimme batterij met communicatie en individuele celmonitoring.

Het GBS moet worden gespecificeerd samen met:

• celconfiguratie;

• laadstroom;

• ontlaadstroom;

• vereisten voor temperatuursensoren;

• communicatieprotocol;

• pin-out van connector;

• besturingslogica aan apparaatzijde.

Het artikel PCM versus BMS voor LiPo-batterijen kunnen het verschil helpen verduidelijken tussen basisbescherming en een geavanceerder beheersysteem.

9. Controleer de oplaadmethode

Een oplaadbaar batterijpakket moet compatibel zijn met de oplader en de oplaadarchitectuur van het hostapparaat.

Bevestigen:

• uitgangsspanning van de lader;

• laadstroom;

• oplaadmethode;

• vereisten voor saldoheffing;

• laadtemperatuurlimieten;

• connector aan laderzijde;

• methode voor het beëindigen van de lading;

• of het opladen binnen of buiten het apparaat plaatsvindt.

De oplader moet overeenkomen met het aantal cellen en de oplaadvereisten van de accu. Een geschikte ontlaadconnector betekent niet automatisch dat het pack geschikt is om via dezelfde interface op te laden.

Het ontwerpteam moet ook bevestigen of het apparaat het volgende ondersteunt:

• opladen tijdens gebruik;

• verwijderbare batterij opladen;

• externe laadstations;

• USB-gebaseerd opladen;

• speciale batterijladers;

• communicatie tussen lader en GBS.

Het opladen moet worden gevalideerd met de voltooide batterij, het BMS, de oplader en het apparaat samen.

10. Selecteer de connector- en kabelconfiguratie

De connector beïnvloedt zowel de elektrische prestaties als de mechanische integratie.

Specificeer:

• connectorfamilie of exact onderdeelnummer;

• bijpassende connector;

• huidige vereiste;

• spanningsvereiste;

• aantal pinnen;

• stroom- en signaaltoewijzing;

• kabel lengte;

• draaddikte;

• kabeluitgangsrichting;

• vergrendelen en sleutelen;

• beschikbare installatieruimte.

Voor hetzelfde batterijpakket zijn mogelijk verschillende connectoropstellingen nodig voor verschillende hostapparaten. Een compact, draagbaar product kan de voorkeur geven aan een connector met laag profiel, terwijl een industrieel product mogelijk een sterkere retentie en een groter stroompad vereist.

Zie voor het gedetailleerde beslissingsproces voor connectoren Hoe u een connector kiest voor een aangepast lithiumbatterijpak.

11. Houd rekening met de bedrijfstemperatuur en de omgeving

De prestaties van de batterij veranderen met de temperatuur. De apparaattoepassing moet definiëren waar de batterij zal werken, opladen en opgeslagen blijft.

Overwegen:

• normale bedrijfstemperatuur;

• minimale en maximale bedrijfstemperatuur;

• laadtemperatuur;

• opslagtemperatuur;

• blootstelling aan trillingen;

• vocht of stof;

• herhaalde mechanische beweging;

• warmte van nabijgelegen elektronica;

• thermische isolatie in de behuizing.

Koude omstandigheden kunnen het beschikbare vermogen verminderen en de interne weerstand vergroten. Hoge temperaturen kunnen de veroudering versnellen en de eisen op het gebied van thermisch beheer verhogen.

De batterijleverancier moet de cel-, GBS-, connector-, behuizing- en oplaadomstandigheden samen beoordelen. Een temperatuurclaim moet worden gekoppeld aan de uiteindelijke configuratie en testomstandigheden, in plaats van breed op elk batterijpakket te worden toegepast.

12. Kies tussen standaard en aangepaste batterijpakketten

Een standaard oplaadbaar lithium-ionbatterijpak kan geschikt zijn wanneer:

• spanning en capaciteit komen al overeen met het apparaat;

• afmetingen passen zonder aanpassing;

• de connector is compatibel;

• huidige capaciteit is voldoende;

• er is geen speciaal GBS vereist;

• de verwachte hoeveelheid en het aanbod zijn stabiel.

Een aangepast pakket is geschikter wanneer het apparaat het volgende vereist:

• ongebruikelijke afmetingen;

• een gevormde of dunne batterij;

• een specifieke kabellengte;

• een aangepaste connector;

• een serie- en parallelle configuratie met meerdere cellen;

• een hogere afvoersnelheid;

• speciale bescherming;

• temperatuurwaarneming;

• communicatiefuncties;

• een nieuwe productspecifieke behuizing.

De commerciële accupagina is de juiste bestemming voor de algemene vraag naar producten Op maat gemaakte batterijoplossingen zijn relevanter wanneer de batterij rond het apparaat moet worden ontworpen.

13. Evalueer de OEM-ondersteuning van de leverancier

Kiezen voor een oplaadbaar batterijpakket betekent ook evalueren of de leverancier het project verder kan ondersteunen dan alleen een voorbeeldofferte.

Vraag de leverancier naar:

• celselectie;

• batterij-ontwerp;

• BMS- of PCM-integratie;

• connector- en kabelaanpassing;

• prototypebemonstering;

• elektrisch testen;

• mechanische pasvormcontroles;

• consistentie van de productie;

• controle op binnenkomend materiaal;

• verzendingsinspectie;

• technische documentatie;

• technische veranderingen;

• ondersteuning tijdens pilotproductie.

De leverancier moet kunnen uitleggen hoe het goedgekeurde monster de massaproductieconfiguratie wordt.

Voor een breder beeld van de overgang van prototype naar productie, zie Productieproces van lithium-ionbatterijpakketten voor OEM-projecten.

14. Valideer het batterijpakket in het apparaat

Een batterijpakket mag niet alleen worden goedgekeurd op basis van een specificatieblad van de leverancier. Het uiteindelijke monster moet worden getest in het daadwerkelijke OEM-apparaat.

Elektrische validatie

Rekening:

• spanningsbereik;

• laadgedrag;

• ontladingsprestaties;

• normale stroom;

• piekstroom;

• spanning zakt;

• reactie op batterijbescherming;

• compatibiliteit van de oplader;

• BMS-communicatie indien van toepassing.

Mechanische validatie

Rekening:

• behuizing passend;

• connectorkoppeling;

• kabelgeleiding;

• batterijbehoud;

• druk of beweging in het compartiment;

• toegang voor montage en service;

• interferentie met omliggende delen.

Runtime-validatie

Meet de werkelijke runtime van het apparaat onder:

• normale werking;

• werking met hoge belasting;

• stand-by- of slaapcycli;

• herhaaldelijk opstarten;

• realistische temperatuuromstandigheden.

Productievalidatie

Bevestigen:

• afmetingen blijven consistent;

• connector- en kabelpositie zijn herhaalbaar;

• labels en polariteitsmarkeringen zijn correct;

• beschermingscomponenten komen overeen met het goedgekeurde monster;

• testgegevens zijn beschikbaar;

• technische wijzigingen vereisen goedkeuring.

De bestaande Op maat gemaakte validatiechecklist voor batterijmonsters biedt een nuttige referentie voor goedkeuring vóór productie.

15. Veel voorkomende selectiefouten

Alleen selecteren op mAh

Een hogere capaciteit garandeert geen langere bruikbare looptijd als het pakket te groot, te zwaar of niet compatibel is met de apparaatspanning.

Het negeren van piekstroom

De gemiddelde stroom kan er acceptabel uitzien, terwijl opstart- of motorbelastingen spanningsdaling of uitschakeling van de beveiliging veroorzaken.

Behandelen van nominale spanning als het volledige werkingsbereik

Het apparaat moet geschikt zijn voor laadspanning, ontlaadspanning en uitschakelomstandigheden.

Kies een batterij voordat u de behuizing controleert

Mechanische conflicten ontstaan ​​vaak nadat de connector, het BMS en de kabel in de echte verpakkingsenvelop zijn opgenomen.

Te laat selecteren van het GBS

Het BMS kan van invloed zijn op de huidige capaciteit, de pin-out van de connector, het laadgedrag en de afmetingen van de verpakking.

Een monster goedkeuren zonder het in het apparaat te testen

Uit benchtests alleen blijkt mogelijk niet dat er sprake is van kabelinterferentie, thermische accumulatie, signaalconflicten of uitschakelgedrag aan de apparaatzijde.

Vergelijk leveranciers alleen op eenheidsprijs

Een lagere initiële prijs omvat mogelijk geen technische ondersteuning, bemonstering, validatie, documentatie of productieconsistentie.

16. Selectiechecklist voor OEM-accu's

Controleer het volgende voordat u een oplaadbare lithium-ionbatterij goedkeurt:

• Het spanningsbereik van het apparaat is gedocumenteerd.

• Nominale en maximale accuspanning zijn compatibel.

• Gemiddelde, continue en piekstroom worden gedefinieerd.

• Runtimedoel is gebaseerd op realistisch apparaatvermogen.

• De batterijafmetingen zijn inclusief connector en BMS.

• Gewicht valt binnen de apparaatlimiet.

• Celformaat en configuratie zijn geschikt.

• BMS- of PCM-vereisten zijn bevestigd.

• Compatibiliteit van de oplader is geverifieerd.

• Connector, kabellengte en pinout zijn goedgekeurd.

• Er zijn bedrijfs- en laadtemperatuurbereiken gedefinieerd.

• Prototypemonsters worden getest in het daadwerkelijke apparaat.

• Eisen voor productie-inspectie zijn gedocumenteerd.

• Goedkeuring van engineeringwijzigingen wordt overeengekomen met de leverancier.

Veelgestelde vragen

Wat is de belangrijkste specificatie bij het kiezen van een oplaadbaar lithium-ion batterijpakket?

Spanningscompatibiliteit is de eerste vereiste, maar stroom, bruikbare energie, afmetingen, BMS, lader, connector en gebruiksomgeving moeten ook vóór goedkeuring worden geëvalueerd.

Hoeveel batterijcapaciteit heeft een OEM-apparaat nodig?

De capaciteit is afhankelijk van het gemiddelde vermogen van het apparaat, de vereiste looptijd, de systeemefficiëntie, de ontladingsonderbreking en de bedrijfsomstandigheden. De afgedrukte mAh-waarde mag niet worden beschouwd als de exacte bruikbare capaciteit in het eindproduct.

Is een standaard accupakket geschikt voor OEM-productie?

Een standaardpakket kan geschikt zijn als de spanning, capaciteit, afmetingen, stroom, connector, bescherming en leveringsvoorwaarden overeenkomen met het apparaat. Maatwerk is vaak nodig als het apparaat weinig ruimte heeft of speciale elektrische vereisten heeft.

Hebben alle oplaadbare lithium-ionbatterijpakketten een BMS nodig?

Het vereiste beschermings- en beheersysteem is afhankelijk van de celconfiguratie, chemie, lader, stroom en toepassing. Een leverancier moet de juiste beschermingsarchitectuur voor het voltooide pakket aanbevelen.

Moet het batterijpakket worden getest voordat het apparaat in massaproductie gaat?

Ja. De batterij moet vóór massaproductie in het daadwerkelijke apparaat worden getest. Elektrische, mechanische, oplaad-, looptijd- en omgevingscondities moeten in het goedkeuringsplan worden opgenomen.

Welke informatie moet een OEM-koper naar een batterijfabrikant sturen?

Geef het spanningsbereik van het apparaat, het stroom- en stroomprofiel, de beoogde looptijd, de afmetingen van het batterijcompartiment, de gewichtslimiet, de connector, de kabelvereisten, de oplaadmethode, de gebruiksomgeving, het verwachte aantal en de vereiste tests op.

Conclusie

Het kiezen van een oplaadbaar lithium-ionbatterijpakket voor een OEM-apparaat vereist een evaluatie op systeemniveau. Spanning en capaciteit zijn belangrijke uitgangspunten, maar vormen slechts een deel van de beslissing.

Ook het uiteindelijke pakket moet de benodigde stroom leveren, passen in de behuizing, werken met de lader, waar nodig correct communiceren met het apparaat, passende bescherming bieden en consistent blijven tijdens de productie.

OEM-teams moeten een volledig vereistenblad opstellen en de batterij in het daadwerkelijke apparaat valideren vóór massaproductie.

Voor projecten die aangepaste afmetingen, celconfiguratie, BMS, connector- of kabelontwerp vereisen, kunt u contact opnemen met ZERNE voor ondersteuning op maat voor lithiumbatterijpakketten.