Konstrukcja przedziału baterii LiPo: prześwit, naddatek na ciepło, ściskanie i pęcznienie

Komora baterii LiPo powinna zrobić więcej niż tylko utrzymać baterię na miejscu. Musi uwzględniać tolerancje produkcyjne, chronić woreczek przed skoncentrowanym ciśnieniem, kontrolować ruch, zarządzać ciepłem, chronić uszczelnienia i obszary kabli oraz pozostawiać wystarczająco dużo miejsca na oczekiwaną zmianę wymiarów przez cały okres użytkowania produktu.

Nie można określić prawidłowego rozmiaru przedziału poprzez dodanie dowolnego luzu do nominalnej grubości komórki. Projektanci produktu muszą ocenić cały zestaw akumulatorów, minimalną dostępną przestrzeń w obudowie, zachowanie materiałów montażowych, temperaturę pracy i oczekiwany stan akumulatora po starzeniu.

Niezawodny projekt zwykle opiera się na czterech zasadach:

• Dopasuj komorę do maksymalnych wymiarów gotowego opakowania, a nie nominalnych wymiarów woreczka.

• Zapobiegaj lokalnemu naciskowi ze strony żeber, śrub, krawędzi PCB, złączy i twardych komponentów.

• Stosuj kontrolowaną retencję bez zakładania, że ​​każda komórka woreczka wymaga takiego samego ucisku.

• Zdefiniuj naddatek na pęcznienie na podstawie danych dostawcy i walidacji na poziomie urządzenia, a nie uniwersalnej wartości procentowej lub milimetrowej.

W tym przewodniku wyjaśniono, jak zastosować te zasady podczas projektowania komory baterii LiPo w kompaktowym urządzeniu elektronicznym.

Dlaczego konstrukcja komory baterii ma znaczenie

Ogniwa w torebkach LiPo pomagają projektantom produktów efektywnie wykorzystywać cienkie, lekkie i nieregularne przestrzenie wewnętrzne. Jednakże woreczek zapewnia mniejszą ochronę strukturalną niż sztywne ogniwo cylindryczne lub w metalowej obudowie.

Obudowa staje się zatem częścią systemu integracji akumulatorów.

Nieodpowiednia komora może powodować problemy, takie jak:

• Uszkodzenie torebki podczas montażu

• Nacisk ze strony żeber obudowy lub występów śrubowych

• Zacięcie kabla

• Zakłócenia złącza

• Ruch baterii podczas upadków lub wibracji

• Nadmierna temperatura wewnątrz zamkniętego produktu

• Deformacja pokrywy na skutek starzenia się baterii

• Naprężenie wyświetlacza, płytki drukowanej lub obudowy

• Trudności w wyjęciu akumulatora podczas serwisowania

• Różnica między prototypem a dopasowaniem produkcyjnym

Bateria mieszcząca się w jednej prototypowej obudowie niekoniecznie jest gotowa do produkcji. Projekt musi uwzględniać największy dozwolony akumulator, najmniejszą dozwoloną komorę oraz różnice w piance, kleju, etykietach, izolacji i położeniu montażowym.

Zacznij od gotowej koperty baterii

Numer modelu baterii często opisuje przybliżoną grubość, szerokość i długość ogniwa woreczka. Niekoniecznie opisuje cały zespół zainstalowany w produkcie.

Gotowa bateria LiPo może również zawierać:

• Moduł obwodu zabezpieczającego

• MOSFETy i inne elementy elektroniczne

• Zakładki niklowe

• Taśma izolacyjna

• Zewnętrzne opakowanie

• Spoiwo

• Etykieta

• Przewody

• Złącze

• Termistor NTC

• Prowadzi komunikację

• Zagięte obszary pieczęci lub zakładek

Elementy te mogą tworzyć występy na zewnątrz głównego korpusu komórki. Obszar PCM może być grubszy niż obszar aktywnego ogniwa, natomiast złącze i kabel mogą wymagać dodatkowej przestrzeni na prowadzenie.

Gdy priorytetem są kompaktowe wymiary, ZERNE Opcje cienkich baterii litowo-polimerowych można ocenić pod kątem dostępnej przestrzeni, docelowej pojemności, położenia złącza i wymagań dotyczących ochrony. Wybór cieńszego ogniwa nie eliminuje jednak konieczności stosowania tolerancji i naddatku na starzenie.

Oblicz luz za pomocą stosu tolerancji

Luz w komorze akumulatora należy obliczać na podstawie wymiarów najgorszego przypadku, a nie nominalnych wartości CAD.

Uproszczone obliczenia kierunku grubości można wyrazić jako:

Pozostały margines projektowy = minimalna głębokość przedziału – maksymalna grubość gotowego opakowania – grubość izolacji i bariery – luz montażowy – planowany naddatek na zmianę wymiarów

Jeżeli używana jest pianka lub inny ściśliwy materiał retencyjny, należy również uwzględnić jej zainstalowaną grubość i zakres ściskania.

Ta sama zasada dotyczy szerokości i długości:

Minimalny prześwit boczny = minimalny dostępny wymiar obudowy − maksymalny wymiar akumulatora − wymagany dodatek montażowy i ruchowy

Wynik powinien pozostać akceptowalny w przypadku najgorszej dozwolonej kombinacji:

• Tolerancja grubości baterii

• Tolerancja formowania obudowy

• Tolerancja grubości pianki

• Grubość kleju

• Etykieta i grubość izolacji

• Pozycja PCB

• Pozycja śruby

• Przesunięcie zespołu

• Zmiana materiału pod wpływem temperatury

• Oczekiwana zmiana wymiarów akumulatora

Nie zakładaj, że każdy warunek maksymalny i minimalny jest jednakowo prawdopodobny. Formalna analiza tolerancji może wykorzystywać zestawienie najgorszego przypadku, analizę statystyczną lub jedno i drugie, w zależności od ryzyka produktu i wielkości produkcji. Wybraną metodę należy udokumentować.

Podziel pomieszczenie na strefy funkcjonalne

Pojedyncza wartość luzu nie opisuje odpowiednio całej przestrzeni na akumulator. Różne obszary wymagają innego leczenia.

Rysunek akumulatora powinien identyfikować główny korpus ogniwa, krawędzie uszczelniające, PCM, wyjście kabla, złącze i wszelkie obszary o ograniczonym ciśnieniu. Traktowanie pakietu jako prostego prostokątnego bloku może ukryć ważne punkty interferencji.

Chroń torebkę przed lokalnym naciskiem

Ładownica LiPo nie powinna opierać się o ostre krawędzie, odsłonięte elementy złączne, szorstkie powierzchnie lub małe, twarde wypustki.

Potencjalne punkty nacisku obejmują:

• Końcówki śrubowe

• Pieprzyć szefów

• Żebra formowane wtryskowo

• Narożniki PCB

• Przewody komponentowe

• Obudowy złączy

• Krawędzie blaszane

• Źle ułożona pianka

• Koraliki samoprzylepne

• Zaciski obudowy

• Pozostałości po montażu

Lokalny nacisk jest bardziej niepokojący niż szeroki, równomiernie rozłożony kontakt, ponieważ siła jest skoncentrowana na małym obszarze.

Korzystaj ze stref zamkniętych

Zdefiniuj strefy zamknięte wokół:

• Obwód torebki

• Uszczelnianie krawędzi

• Zakładki składane

• Przejście z komórki na PCM

• Komponenty PCM

• Połączenia lutowane kabli

• Punkty wyjścia drutu

Żebro, które wydaje się znajdować poza nominalną baterią, może nadal stykać się z opakowaniem o maksymalnym rozmiarze lub lekko przesuniętą jednostką produkcyjną. Dlatego też strefy zamknięte powinny uwzględniać tolerancję akumulatora i tolerancję pozycji montażowej.

Przejrzyj zamkniętą obudowę

Wiele problemów z zakłóceniami pojawia się dopiero po całkowitym złożeniu urządzenia.

Podczas weryfikacji projektu należy potwierdzić, że:

• Pokrywa zamyka się bez dociskania baterii do dołu.

• Elementy złączne nie wywierają nacisku na ogniwo.

• Akumulator nie może zostać uwięziony pomiędzy dwiema niedopasowanymi powierzchniami obudowy.

• Płytka drukowana lub wyświetlacz nie wykorzystuje baterii jako podparcia konstrukcyjnego.

• Kabel nie przechodzi pomiędzy akumulatorem a twardą krawędzią.

• Po zamknięciu pianka pozostaje w zamierzonej pozycji.

• Klej nie gromadzi się w twardą miejscową kalenicę.

• Obciążenia upadkowe lub wibracyjne nie mogą spowodować ostrego uderzenia akumulatora.

Dzielone obudowy, folie wrażliwe na nacisk, przezroczyste prototypy, skanowanie wymiarowe i kontrolowane kontrole rozbiórki mogą pomóc w ujawnieniu ukrytych punktów kontaktowych.

Zaprojektuj środowisko termiczne wokół prawdziwego urządzenia

Ciepło akumulatora nie pochodzi wyłącznie z ogniwa. Cała ścieżka prądowa może generować ciepło podczas ładowania, rozładowywania, uruchamiania lub powtarzających się obciążeń szczytowych.

Możliwe źródła ciepła obejmują:

• Wewnętrzny opór ogniwa

• MOSFETy PCM lub BMS

• Elementy bezpiecznikowe i wykrywające prąd

• Połączenia niklowe

• Przewody

• Zaciski złącza

• Elektronika ładowarki

• Przetwornice napięcia

• Procesory

• Wyświetla

• Silniki

• Nadajniki bezprzewodowe

Szczelna obudowa może zatrzymywać ciepło, które rozproszyłoby się podczas testu na otwartym stanowisku. Dlatego akumulator należy przetestować w obudowie przeznaczonej do produkcji z finalną elektroniką, pianką, klejem, systemem ładowania i profilem pracy.

Unikaj używania baterii jako radiatora

Umieszczenie akumulatora bezpośrednio przy procesorze, konwerterze zasilania, układzie scalonym ładowarki, podświetleniu wyświetlacza lub silniku może spowodować przeniesienie ciepła wytworzonego przez urządzenie do ogniwa.

Tam, gdzie jest to praktyczne:

• Oddziel akumulator od głównych elementów generujących ciepło.

• Zapewnij określoną ścieżkę termiczną od gorącej elektroniki do obudowy.

• Unikaj odprowadzania ciepła przez woreczek.

• Barier termicznych należy używać dopiero po sprawdzeniu ich wpływu na całkowitą temperaturę obudowy.

• Trzymaj obszar PCM z dala od innych skoncentrowanych źródeł ciepła.

• Oceń ładowanie podczas działania urządzenia, jeśli produkt je obsługuje.

Dodanie izolacji wokół akumulatora może zmniejszyć bezpośrednie przenoszenie ciepła z pobliskiego elementu, ale może również zatrzymać ciepło wytwarzane przez sam akumulator. Dlatego projekt termiczny należy oceniać jako kompletny system.

Przetestuj najgorsze odpowiednie warunki

Testy termiczne powinny obejmować warunki, które w rozsądny sposób mogą zapewnić najwyższą temperaturę akumulatora lub jego komponentu, takie jak:

• Maksymalne zamierzone obciążenie ciągłe

• Powtarzanie pracy przy prądzie szczytowym

• Ładowanie maksymalnym dozwolonym prądem

• Ładowanie, gdy urządzenie jest aktywne

• Wysoka temperatura otoczenia

• W stosownych przypadkach bezpośrednie działanie promieni słonecznych lub zewnętrzne źródło ciepła

• Minimalna wentylacja

• Niski stan naładowania akumulatora przy dużym obciążeniu

• Charakterystyka elektryczna starego akumulatora

• Pianka lub izolacja o maksymalnej grubości

• Materiały obudów przeznaczone do celów produkcyjnych

Zmierz temperaturę większą niż zewnętrzna temperatura obudowy. W zależności od projektu odpowiednie punkty pomiarowe mogą obejmować powierzchnię ogniwa, PCM, złącze, przewody, obwód ładowania, pobliską płytkę drukowaną i powierzchnię styku z użytkownikiem.

Celowo pozycjonuj czujnik temperatury

Jeżeli w akumulatorze zastosowano termistor NTC, jego położenie powinno odpowiadać temperaturze, którą ma kontrolować układ ładowania lub układ zabezpieczający.

Sprawdzać:

• Specyfikacja NTC i krzywa rezystancji

• Lokalizacja czujnika

• Kontakt termiczny

• Układ pinów złącza

• Interpretacja urządzenia

• Limity ładowania i rozładowania

• Reakcja na przerwę lub zwarcie czujnika

• Opóźnienie temperaturowe pomiędzy ogniwem a czujnikiem

NTC zapewnia sygnał temperatury. Ładowarka, urządzenie, PCM lub BMS muszą zinterpretować ten sygnał i podjąć wymagane działania.

Retencja to nie to samo, co kompresja

Należy zapobiegać nadmiernemu przemieszczaniu się akumulatora, ale trzymanie go w miejscu nie wymaga automatycznie sztywnego ściskania.

Projektanci powinni rozróżnić:

• Wolna przestrzeń: wolna przestrzeń wymagana do celów tolerancji, montażu lub zmiany wymiarów

• Retencja: funkcje ograniczające ruch baterii podczas normalnego użytkowania, wibracji lub upuszczenia

• Napięcie wstępne: kontrolowana siła początkowa wywierana przez piankę lub inny zgodny materiał

• Kompresja: siła przyłożona do powierzchni komórek przez zainstalowaną konstrukcję

Warunki te mogą się pokrywać, ale nie są zamienne.

Kiedy przestrzeganie zasad przechowywania może pomóc

Odpowiednia pianka lub elastomer może:

• Uwzględnij zmienność produkcji

• Zmniejsz ruch baterii

• Rozprowadź kontakt na dużym obszarze

• Chroń woreczek przed pobliskimi twardymi powierzchniami

• Absorbują ograniczone wstrząsy mechaniczne

• Dostosuj się do pewnych zmian wymiarowych

Jednak pianki nie należy wybierać wyłącznie według grubości. Ma znaczenie jego zachowanie przy odchylaniu siły.

Gruba, sztywna pianka może wywierać nadmierną siłę, jeśli jest zainstalowana w małej szczelinie. Bardzo miękka pianka może wytrzymać trwałe ściskanie i przestać utrzymywać akumulator po starzeniu się.

Oceniać:

• Nominalna grubość pianki

• Tolerancja grubości

• Zakres kompresji

• Siła przy minimalnych i maksymalnych zainstalowanych szczelinach

• Zestaw kompresyjny

• Zależność od temperatury

• Zachowanie związane ze starzeniem się

• Wymagania dotyczące palności

• Kompatybilność chemiczna

• Zachowanie adhezyjne

• Utrzymanie pozycji podczas montażu

Stan maksymalnej siły może wystąpić w przypadku najgrubszego akumulatora, najgrubszej pianki i najmniejszej komory. Warunek minimalnego przechowywania może wystąpić w przypadku najcieńszego akumulatora, najcieńszej pianki, największej komory i starzejącej się pianki.

Należy sprawdzić oba warunki.

Unikaj lokalnej lub niekontrolowanej kompresji

Projekty o słabej kompresji obejmują:

• Wąskie żeberko wciskane w środek woreczka

• Łopatka śruby stykająca się z jedną powierzchnią ogniwa

• Twardy element PCB przeciskany przez cienką piankę

• Mała piankowa podkładka wytwarzająca skoncentrowane obciążenie

• Pokrywa obudowy doginana do ogniwa po zamocowaniu

• Klej nałożony nierównomiernie pod akumulatorem

• Złącze uwięzione pomiędzy ogniwem a obudową

• Piana pokrywająca tylko część kierunku pęcznienia

Jeżeli dostawca ogniw określa kontrolowany zakres sprężania, obudowę i system mocowania należy zaprojektować i zweryfikować pod kątem tego wymagania. Wartości kompresji z innej komory, składu chemicznego, rozmiaru lub zastosowania nie powinny być kopiowane automatycznie.

Zapewnij uzasadniony dodatek na spęcznienie

„Naddatek na pęcznienie” nie oznacza, że ​​akumulator z wyraźnie uszkodzonym akumulatorem powinien nadal służyć. Oznacza to, że komora została zaprojektowana w oparciu o oczekiwane zachowanie wymiarowe w zatwierdzonym okresie użytkowania, unikając jednocześnie szkodliwego nacisku na akumulator i sąsiednie komponenty.

Grubość komórek torebki może się zmieniać z powodu kilku mechanizmów:

• Odwracalne zmiany podczas ładowania i rozładowywania

• Rozszerzalność pod wpływem temperatury

• Stopniowy wzrost grubości związany ze starzeniem

• Wytwarzanie gazu związane z degradacją lub nieprawidłowymi warunkami

Mechanizmów tych nie należy traktować jako jednego identycznego stanu.

Mała, oczekiwana zmiana grubości w zatwierdzonych granicach różni się od nieprawidłowego pęcznienia, któremu towarzyszy szybki wzrost, nietypowe ciepło, zapach, wyciek, deformacja obudowy lub utrata wydajności. Produkt powinien mieć określone kryteria kontroli i serwisu w przypadku nieprawidłowego stanu baterii.

Nie należy stosować uniwersalnego procentu spęcznienia

Wymagany dodatek zależy od takich czynników jak:

• Chemia komórkowa

• Konstrukcja elektrody

• Grubość nominalna

• Maksymalne napięcie ładowania

• Zakres stanu naładowania

• Prąd ładowania i rozładowania

• Temperatura robocza

• Temperatura przechowywania

• Czas spędzony przy wysokim stanie naładowania

• Cel dotyczący cyklu życia

• Cel życia kalendarzowego

• Zastosowana kompresja

• Różnice w produkcji ogniw

• Kryteria końca życia

Dostawca baterii powinien podać obowiązujące ograniczenia wymiarowe lub dane testowe dla proponowanego ogniwa i warunków użytkowania. Jeżeli dostawca nie może dostarczyć wystarczających informacji, zespół projektowy powinien ustalić limit poprzez kontrolowane starzenie się i walidację na poziomie urządzenia.

Zastanów się, na co może naciskać bateria

Jeśli grubość wzrasta, określ, który element przyjmuje obciążenie.

Możliwe konsekwencje obejmują:

• Podnoszenie wyświetlacza

• Deformacja okładki

• Gięcie PCB

• Przesunięcie złącza

• Separacja kleju

• Utrata szczelności środowiskowej

• Zwiększony nacisk na woreczek

• Trudność w otwarciu obudowy

• Uszkodzenie podczas wyjmowania akumulatora

Komora nie powinna przenosić rozszerzania się baterii bezpośrednio na delikatny wyświetlacz, wyraźny element PCB lub sztywny element mocujący.

W stosownych przypadkach należy stosować odpowiednie materiały i określony kierunek rozszerzania. Upewnij się, że obwód torebki i obszary zgrzewu pozostają zabezpieczone w przypadku zmiany wymiarów.

Uwzględnij klej, piankę i izolację

Materiały montażowe wpływają zarówno na konstrukcję mechaniczną, jak i termiczną.

Spoiwo

Klej może zapobiegać ruchom, ale może również:

• Dodaj nieplanowaną grubość

• Utwórz nierówną powierzchnię podparcia

• Utrudnij usuwanie usług

• Uszkodzić woreczek podczas wyjmowania

• Tracą wytrzymałość w podwyższonej temperaturze

• Pełzanie pod długotrwałym obciążeniem

• Zablokuj żądaną ścieżkę termiczną

Jeśli akumulator nadaje się do użytku, należy uwzględnić metodę kontrolowanego wyjmowania, np. dostępny uchwyt do pociągania lub inny zatwierdzony element zwalniający. Siła i kierunek usuwania nie powinny zaginać, przebijać ani gwałtownie zginać torebki.

Piana

Piana powinna zapewniać szeroki, przewidywalny kontakt. Małe podkładki mogą powodować duże obciążenia lokalne i mogą przechylać opakowanie podczas montażu.

Udokumentuj piankę:

• Tworzywo

• Stopień

• Grubość

• Gęstość

• Dane dotyczące twardości lub siły ugięcia

• Spoiwo

• Lokalizacja

• Obszar

• Orientacja

• Zakres kompresji

„W razie potrzeby dodaj piankę” nie jest gotową do produkcji specyfikacją montażu akumulatora.

Izolacja i bariery

Może być wymagana izolacja pomiędzy akumulatorem a powierzchniami przewodzącymi lub ściernymi. W projekcie należy uwzględnić jego grubość, pokrycie krawędzi, klasę temperaturową i odporność na uszkodzenia montażowe.

Cienka folia przesuwająca się podczas montażu nie jest w stanie skutecznie chronić woreczka. Projekt powinien kontrolować swoje położenie i zapobiegać załamaniom lub odsłoniętym krawędziom.

Zaprojektuj oddzielnie przestrzeń na kabel i złącze

Kabel nie powinien być traktowany jako część wolnej przestrzeni wokół akumulatora.

Przedział musi zapewniać:

• Zdefiniowana trasa kablowa

• Wystarczający promień zgięcia

• Odciążenie

• Odstęp od ostrych krawędzi

• Miejsce na podłączenie złącza

• Ochrona przed zaciskami obudowy i śrubami

• Dostęp do montażu

• Ochrona przed wielokrotnym zginaniem

• Prawidłowa orientacja złącza

• Kontrola polaryzacji i pinoutów

Nie wpychaj nadmiaru drutu pod woreczek, chyba że konstrukcja baterii i urządzenia na to wyraźnie pozwala. Zapętlony kabel może wytworzyć punkt nacisku i spowodować niespójne położenie akumulatora.

Wyjście kabla powinno również pozostać wolne, jeśli bateria zmieni grubość. W przeciwnym razie rozszerzanie może ciągnąć przewód, naprężać złącze lutowane lub przesuwać złącze.

Utrzymuj obszary uszczelnień i zakładek wolne od obciążeń konstrukcyjnych

Szczególnej uwagi wymagają zgrzewy górne, zgrzewy boczne, zagięte krawędzie i przejście zakładek.

Unikać:

• Ostre zagięcie uszczelki

• Zaciskanie w obszarze zakładek

• Przeciąganie zaczepów przez kabel

• Umiejscowienie występu śruby obok krawędzi woreczka

• Zastosowanie uszczelki jako ogranicznika pozycjonującego

• Prowadzenie kabla po zagiętej krawędzi

• Nakładanie kleju tam, gdzie utrudnia on zamierzoną geometrię uszczelnienia

Ograniczniki mechaniczne powinny działać na zatwierdzonych obszarach i odpowiednio rozkładać obciążenia. Rysunek dostawcy powinien identyfikować obszary, w których nacisk, zginanie lub klej są ograniczone.

Praktyczny proces projektowania przedziału baterii LiPo

Krok 1: Zdefiniuj wymagania dotyczące urządzenia

Dokument:

• Dostępna przestrzeń trójwymiarowa

• Wymagana pojemność i czas pracy

• Napięcie nominalne

• Prąd ciągły i szczytowy

• Metoda i prąd ładowania

• Temperatury pracy i przechowywania

• Oczekiwana żywotność produktu

• Proces montażu

• Wymagania dotyczące upadków i wibracji

• Użyteczność

• Rynki docelowe i obowiązujące wymagania

Krok 2: Uzyskaj rysunek gotowego opakowania

Poproś o rysunek zawierający:

• Maksymalna grubość, szerokość i długość

• Tolerancje wymiarowe

• Lokalizacja firmy PCM

• Maksymalne prognozy lokalne

• Obszary uszczelnień i zakładek

• Wyjście kablowe

• Długość drutu

• Złącze

• Etykieta i izolacja

• Warunki pomiaru

• Obszary o ograniczonym ciśnieniu

ZERNE’a niestandardowe rozwiązania w zakresie akumulatorów litowo-polimerowych mogą obejmować wybór ogniw, PCM lub BMS, NTC, przewody, złącza, izolację i wymiary opakowania zgodnie z wymaganiami elektrycznymi i mechanicznymi urządzenia OEM.

Krok 3: Zbuduj model tolerancji

Porównywać:

• Maksymalnie gotowa bateria

• Minimalna przestrzeń obudowy

• Tolerancje pianki i kleju

• Pozycja montażowa

• Strefy zamknięte

• Trasa kablowa

• Naddatek na zmianę wymiarów

Wykonaj analizę osobno dla grubości, szerokości, długości, PCM, kabla i obszarów złączy.

Krok 4: Przejrzyj ścieżki ciśnienia i ciepła

Zidentyfikować:

• Każda powierzchnia, która może dotykać akumulatora

• Każdy element, który może naciskać na akumulator po zamknięciu

• Stan piany o najwyższej sile

• Pobliskie źródła ciepła

• Przewidziane ścieżki termiczne

• Pozycja czujnika temperatury

• Kierunek dostępny dla zmiany wymiarów

Krok 5: Zbuduj prototypy przeznaczone do produkcji

Użyj przedstawiciela:

• Próbki akumulatorów

• Materiały obudowy

• Piana

• Spoiwo

• PCB

• Wyświetlacz

• Elementy złączne

• Prowadzenie kabli

• Rumak

• Oprogramowanie sprzętowe urządzenia

Obudowa wydrukowana w 3D może pomóc we wczesnej kontroli dopasowania, ale jej sztywność, zachowanie termiczne i tolerancje mogą różnić się od obudowy produkcyjnej.

Krok 6: Przetestuj warunki wielu tolerancji

Jeśli jest to praktyczne, oceń kombinacje reprezentujące:

• Bateria o maksymalnym rozmiarze w komorze o minimalnym rozmiarze

• Bateria o minimalnym rozmiarze w komorze o maksymalnym rozmiarze

• Maksymalna grubość pianki

• Minimalna retencja piany po starzeniu

• Akumulator w odpowiednich stanach naładowania

• Wysokie i niskie temperatury pracy

• Skrajne położenia montażowe

Krok 7: Zweryfikuj kompletny produkt

Odpowiednie testy mogą obejmować:

• Montaż i zamknięcie obudowy

• Kontrola wzrokowa po montażu

• Upadek i wibracje

• Ładowanie

• Maksymalne obciążenie ciągłe

• Powtarzające się obciążenia szczytowe

• Wzrost temperatury

• Utrzymanie kabla

• Dostęp do złącza

• Starzenie się piany

• Cykl termiczny

• Wyjmowanie baterii

• Przyspieszone starzenie się

• Kontrole wymiarowe cyklu życia

• Kontrola wymiarów przechowywania

Zmierz akumulator przed i po odpowiednich testach oraz sprawdź pod kątem śladów nacisku, uszkodzeń torebki, zużycia kabla, przemieszczenia się piany, uszkodzeń kleju i deformacji obudowy.

Krok 8: Zamroź zatwierdzoną konstrukcję

Kontrola:

• Numer części baterii i wersja

• Maksymalne wymiary gotowego produktu

• Model komórki

• PCM lub BMS

• Złącze i przewód

• Specyfikacja pianki

• Specyfikacja kleju

• Izolacja

• Pozycja montażowa

• Trasa kablowa

• Wymiary obudowy

• Metoda kontroli

• Limity akceptacji

ZERNE’a System kontroli jakości baterii litowo-polimerowych obejmuje śledzenie ogniw, kontrolę strukturalną, monitorowanie procesu i końcową weryfikację wydajności. Te kontrole produkcji powinny być powiązane z charakterystyką akumulatora uznaną za krytyczną podczas projektowania komory.

Typowe błędy projektowe komory baterii

Lista kontrolna projektu komory baterii

Koperta baterii

• Potwierdzono maksymalną grubość gotowego opakowania

• Potwierdzono maksymalną szerokość i długość

• W zestawie projekcja PCM

• W zestawie etykieta, taśma i izolacja

• W zestawie wyjście kablowe i koperta złącza

• Udokumentowane warunki pomiaru

Luzy i tolerancje

• Potwierdzono minimalne wymiary obudowy

• Przeanalizowano tolerancje baterii i obudowy

• Uwzględniono tolerancję pozycji montażowej

• Zdefiniowano strefy zamknięte

• Potwierdzono minimalny luz montażowy

• Uzasadniony naddatek na zmianę wymiarów w okresie użytkowania

Ochrona mechaniczna

• Brak ostrych krawędzi w pobliżu woreczka

• Brak kontaktu ze śrubą lub żebrem

• Chronione obszary pieczęci i zakładek

• Kontrolowany ruch baterii

• Oceniono obciążenia upadkiem i wibracjami

• Baterię można zamontować bez użycia siły

• Baterię można wyjąć bez uszkodzenia opakowania

Pianka i klej

• Określony materiał i gatunek pianki

• Oceniono maksymalną i minimalną kompresję

• Przegląd zestawu starzenia i kompresji

• Obszar kontaktu jest szeroki i kontrolowany

• Grubość kleju wliczona w cenę

• Omówiono zachowanie kleju w temperaturze

• W razie potrzeby zdefiniowano metodę usuwania

Projekt termiczny

• Zidentyfikowano pobliskie źródła ciepła

• Bateria nie jest używana jako radiator

• Oceniono temperaturę PCM

• Oceniono temperaturę ładowania

• Oszacowano maksymalną temperaturę obciążenia

• Testowana obudowa przeznaczona do produkcji

• Potwierdzono lokalizację czujnika temperatury

Kabel i złącze

• Zdefiniowana trasa kablowa

• Dopuszczalny promień zgięcia

• Zapewnione odciążenie

• Nie można przyciąć kabla

• Złącze można złożyć i serwisować

• Polaryzacja i układ pinów zweryfikowane

• Rozszerzenie nie może ciągnąć za kabel

Walidacja i produkcja

• Przetestowano wiele próbek baterii

• Przegląd kombinacji tolerancji dla najgorszego przypadku

• Używane obudowy przeznaczone do produkcji

• Zmierzono wymiary związane ze starzeniem się lub cyklem

• Zakończono kontrolę upadków i wibracji

• Zatwierdzone wersje baterii i obudowy zamrożone

• Kontrolowana piana, klej i izolacja

• Ustanowiono wymagania dotyczące powiadamiania o zmianach dostawców

Informacje dotyczące wysłania dostawcy akumulatorów LiPo

Aby pomóc w wyborze baterii i przeglądzie komory, podaj:

• Dostępny rysunek miejsca na akumulator

• Minimalne wymiary wewnętrzne

• Obszary o ograniczonym dostępie i pobliskie komponenty

• Docelowa pojemność baterii

• Napięcie nominalne

• Prąd ciągły

• Wartość, czas trwania i częstotliwość prądu szczytowego

• Napięcie i prąd ładowania

• Cel czasu wykonania

• Temperatury pracy i przechowywania

• Cel życia produktu

• Wymagania dotyczące złączy i przewodów

• Wymagania PCM, BMS lub NTC

• Warunki upadków i wibracji

• Sposób montażu

• Propozycja pianki lub kleju

• Wymagania dotyczące użyteczności

• Oczekiwana wielkość produkcji

• Rynki docelowe i wymagania dotyczące zgodności

Trójwymiarowy model obudowy jest przydatny, ale przejrzysty dwuwymiarowy rysunek z wymiarami, tolerancjami, przekrojami, rozmieszczeniem śrub i strefami zamkniętymi może być skuteczniejszy do wczesnego przeglądu.

Wniosek

Niezawodna komora baterii LiPo została zaprojektowana wokół całego systemu baterii, a nie nominalnego rozmiaru ogniwa typu woreczek.

Projekt powinien zapewniać wystarczającą ilość miejsca na tolerancje gotowego opakowania, montaż, prowadzenie kabli i uzasadnioną zmianę wymiarów w okresie użytkowania. Jednocześnie musi zapobiegać nadmiernym ruchom, skoncentrowanemu ciśnieniu, niekontrolowanemu ściskaniu i narażeniu na ciepło z pobliskiej elektroniki.

Pianka, klej, izolacja, żebra obudowy, elementy złączne i prowadzenie kabli wpływają na końcowe środowisko pracy akumulatora. Szczegóły te należy określić i zweryfikować, a nie pozostawiać je dostosowaniu na linii produkcyjnej.

Co najważniejsze, nie ma uniwersalnego luzu, siły ściskającej ani naddatku na pęcznienie, który miałby zastosowanie do każdego akumulatora LiPo. Ostateczne wartości powinny opierać się na wybranym ogniwie, konstrukcji gotowego opakowania, profilu operacyjnym, zakresie temperatur, docelowym okresie użytkowania produktu, danych dostawcy i testach przeprowadzonych na urządzeniu przeznaczonym do produkcji.

Przeglądając te czynniki przed zamrożeniem projektu obudowy, zespoły OEM mogą ograniczyć problemy z dopasowaniem na późnym etapie, chronić etui podczas montażu i użytkowania oraz stworzyć bardziej niezawodną ścieżkę od pobierania próbek baterii do masowej produkcji.

Często zadawane pytania

Jaki prześwit powinien mieć przedział baterii LiPo?

Nie ma uniwersalnej wartości luzu. Przedział powinien być obliczany przy użyciu maksymalnych wymiarów gotowego opakowania, minimalnych wymiarów obudowy, wymagań montażowych, tolerancji pianki lub kleju, przestrzeni na kable i uzasadnionego naddatku na zmianę wymiarów w przewidywanym okresie użytkowania produktu.

Czy akumulator LiPo powinien szczelnie mieścić się w obudowie?

Akumulator należy przechowywać bez niekontrolowanego ściskania lub miejscowego nacisku. Ciasne dopasowanie oparte wyłącznie na wymiarach nominalnych może stać się nadmierne, gdy tolerancje baterii, pianki i obudowy osiągną najgorszą kombinację.

Czy akumulator LiPo wymaga kompresji?

W niektórych zastosowaniach ogniw woreczkowych stosuje się kontrolowaną kompresję, podczas gdy w innych stosuje się zgodne utrzymywanie z określonym luzem. Właściwe podejście zależy od projektu ogniwa, rozmiaru, składu chemicznego, wymagań dostawcy, profilu obciążenia i przewidywanej żywotności. Nie kopiuj wartości kompresji z niepowiązanej komórki.

Czy piankę można nakładać bezpośrednio na akumulator LiPo?

Można zastosować odpowiednią piankę do rozprowadzania styku i kontrolowania ruchu, ale należy ocenić jej materiał, powierzchnię, grubość, siłę ściskającą, zachowanie w temperaturze i charakterystykę starzenia. Mała lub zbyt sztywna podkładka piankowa może wytworzyć skoncentrowany nacisk.

Jak powinienem pozwolić na pęcznienie baterii LiPo?

Aby ustalić naddatek, należy skorzystać z danych wymiarowych dostawcy i testów starzenia specyficznych dla aplikacji. Weź pod uwagę stan naładowania, temperaturę, cykl życia, przechowywanie, napięcie ładowania, obciążenie i przyłożone ciśnienie. Nie polegaj na ogólnych wartościach procentowych.

Czy każda zmiana grubości komórek torebki jest oznaką awarii?

Nie koniecznie. W komórkach woreczków mogą wystąpić ograniczone, odwracalne i związane ze starzeniem zmiany wymiarowe. Gwałtowne lub nadmierne pęcznienie, nagrzewanie się, wyciek, nieprzyjemny zapach, deformacja obudowy lub nieprawidłowe działanie należy traktować jako potencjalnie nieprawidłowy stan i postępować zgodnie z procedurą bezpieczeństwa i obsługi produktu.

Czy akumulator można zamontować pod płytką drukowaną lub wyświetlaczem?

Może to być możliwe, ale konstrukcja musi zapobiegać rozszerzaniu się baterii lub obciążeniu obudowy przed wygięciem płytki drukowanej, podniesieniem wyświetlacza lub wciśnięciem komponentów do etui. Delikatne i ostre elementy nie powinny stać się przeszkodami konstrukcyjnymi akumulatora.

Czy powinienem przetestować dopasowanie akumulatora przy określonym stanie naładowania?

Warunki pomiaru i walidacji należy ustalić z dostawcą. Wymiary baterii mogą się różnić w zależności od stanu naładowania, temperatury i wieku, dlatego sprawdzenie tylko jednej nowej baterii przy nieokreślonym stanie naładowania jest niewystarczające.

Dlaczego bateria pasuje podczas prototypowania, ale nie w produkcji?

Możliwe przyczyny obejmują tolerancję baterii, tolerancję formowania obudowy, położenie PCM, zmianę pianki, grubość kleju, prowadzenie kabli, grubość etykiety, przesunięcie montażowe lub różnice między materiałami prototypowymi i produkcyjnymi.

Czy nadmiar przewodu akumulatora powinien być przechowywany pod woreczkiem?

Generalnie należy tego unikać, chyba że opakowanie i komora zostały specjalnie zaprojektowane do takiego ułożenia. Przewód lub złącze pod etui może wytworzyć punkt nacisku i spowodować nierówną wysokość zainstalowanej baterii.

Jak sprawdzić czy obudowa ściska akumulator?

Porównaj pomiary wymiarowe przed i po zamknięciu obudowy, w stosownych przypadkach sprawdź folię samoprzylepną, sprawdź akumulator pod kątem śladów stykowych, sprawdź ugięcie obudowy spowodowane elementem mocującym i przetestuj warunki maksymalnej tolerancji akumulatora i minimalnej tolerancji przedziału.

Kiedy należy zamrozić projekt komory baterii?

Zamrozić projekt po tym, jak akumulator, obudowa, pianka, klej, izolacja, trasa kabla, ładowarka i sprzęt urządzenia przeznaczone do produkcji przejdą wymaganą weryfikację mechaniczną, elektryczną, termiczną, środowiskową, starzenia i montażu.