Czy akumulator LiPo można ładować bezprzewodowo? Co projektanci OEM muszą określić

Stacja ładująca może usunąć odsłonięte złącze zasilania z kompaktowego produktu. Jednakże umieszczenie baterii LiPo w tym produkcie nie powoduje, że będzie można go ładować bezprzewodowo.

Ładowanie bezprzewodowe dodaje do urządzenia odbiornik, komponenty magnetyczne i wymagania dotyczące sterowania. Te dodatki konkurują z akumulatorem o przestrzeń i stwarzają kolejne zadanie w zakresie projektowania termicznego.

W przypadku produktów smukłych cienkie baterie litowo-polimerowe mogą pomóc dopasować dostępną kopertę baterii. Kompletny zespół ładujący nadal wymaga własnej przestrzeni i walidacji.

W tym przewodniku wyjaśniono, co projektanci OEM powinni określić pomiędzy bezprzewodowym systemem zasilania a akumulatorem.

Szybka odpowiedź: czy akumulator LiPo można ładować bezprzewodowo?

Tak. Akumulator LiPo można ładować poprzez odpowiednio zaprojektowany system ładowania bezprzewodowego. Sama komórka nie odbiera i nie reguluje zasilania bezprzewodowego.

W typowej konstrukcji indukcyjnej nadajnik przekazuje energię do cewki odbiornika. Elektronika odbiornika przekształca tę energię w użyteczną energię elektryczną. Zarządzanie ładowaniem akumulatora kontroluje następnie ładowanie zgodnie ze specyfikacją wybranego ogniwa.

Niektóre układy scalone łączą odbiornik i ładowarkę. Inne zapewniają wyjście zasilania dla oddzielnej ładowarki. Ani goła cewka, ani wyjście zasilania tylko do odbiornika nie powinny być traktowane jako ładowarka akumulatora.

Oddziel bezprzewodowe przesyłanie energii od ładowania akumulatora

Pod pojęciem „bezprzewodowe ładowanie akumulatora” kryje się kilka różnych funkcji. Zdefiniuj je indywidualnie przed wyborem akumulatora lub zatwierdzeniem modułu odbiornika.

Jeden element fizyczny może pełnić kilka funkcji. Integracja nie eliminuje konieczności określenia, kto kontroluje każdy limit.

Na przykład rodzina BQ51050B firmy TI łączy w sobie bezprzewodowy odbiór i ładowanie Li-ion/Li-polimer. Zamiast tego projekt referencyjny TIDA-00318 firmy TI łączy odbiornik bezprzewodowy z oddzielną ładowarką jednoogniwową. Ilustrują one różne architektury, a nie zalecenia dotyczące uniwersalnych komponentów.

Podstawowy obwód zabezpieczający również nie zastępuje normalnej regulacji ładowania. Jego ochronne odcięcie nie powinno stać się rutynową metodą kończenia każdego ładowania.

Określ zamierzoną stację dokującą i sposób ładowania

Zacznij od sposobu, w jaki użytkownicy będą umieszczać produkt, a nie tylko od żądanej mocy ładowania.

Określ, czy produkt ma współpracować z dedykowaną stacją dokującą, wybranymi podkładkami ładującymi, czy też z szerszym celem interoperacyjności. „Bezprzewodowy” nie oznacza, że ​​każdy pad będzie ładować każdy odbiornik. Różne technologie i wdrożenia służą różnym produktom.

Zapisz zamierzony nadajnik, jego zasilanie wejściowe i wersję projektu odbiornika. Następnie udokumentuj kopertę rozmieszczenia użytkownika:

• Zamierzona pozycja spoczynkowa i orientacja.

• Dopuszczalny ruch i rotacja na boki.

• Ściana obudowy i wszelkie zatwierdzone osłony pomiędzy wężownicami.

• Sposób, w jaki stacja dokująca utrzymuje lub prowadzi urządzenie.

• Wskazanie prawidłowego ułożenia, ładowania i awarii ładowania.

Ściśle dopasowana kołyska może sprawić, że pozycjonowanie będzie przewidywalne. Może również wymagać bardziej przemyślanego projektu mechanicznego. Płaska podkładka może zapewniać różną swobodę umieszczenia, ale użyteczną powierzchnię ładowania należy ustalić w drodze testów.

Unikaj kompatybilności reklam z jednej udanej demonstracji na stanowisku badawczym. Zweryfikuj gotowy produkt z zamierzonym zestawem nadajnika.

Dopasuj wyjście odbiornika do ładowarki akumulatora

Ustawienia wyjściowe odbiornika i ładowania akumulatora to różne specyfikacje.

W przypadku odbiornika z oddzielną ładowarką zespół elektroników powinien potwierdzić wymagania wejściowe ładowarki w oczekiwanych warunkach odbiornika. Sprawdź uruchomienie, normalne działanie, zmniejszoną dostępną moc i przerwany odbiór.

W przypadku zintegrowanego odbiornika-ładowarki sprawdź dokładny wariant urządzenia i jego zachowanie podczas ładowania. Podobne nazwy części nie określają identycznych ustawień napięcia akumulatora.

Dostawca baterii powinien podać zatwierdzone limity ładowania wybranego ogniwa. Sama etykieta „LiPo” ich nie definiuje. Nominalne napięcie akumulatora nie jest napięciem regulującym ładowanie.

Szczegółowe Wymagania dotyczące integracji ładowarki hosta powinny obejmować napięcie, prąd, informację zwrotną o temperaturze i koordynację zabezpieczeń. Dodanie odbioru bezprzewodowego zmienia źródło wejściowe; nie usuwa tych wymagań po stronie akumulatora.

W tym przewodniku skupiono się na kompaktowych produktach jednoogniwowych. Pakiet wieloogniwowy wymaga architektury ładowania odpowiedniej do jego konfiguracji, a nie zakładanego rozszerzenia obwodu odbiornika jednoogniwowego.

Nie konwertuj mocy stacji dokującej bezpośrednio na prąd akumulatora

Moc znamionowa nadajnika nie określa prądu wchodzącego do ogniwa. Sprawdź, gdzie mierzona jest każda wartość mocy.

Przydatne punkty pomiarowe obejmują wejście nadajnika, wyjście DC odbiornika, zasilanie systemu i zaciski akumulatora. Zapisz je osobno, zamiast stosować jedno założenie dotyczące wydajności do całego urządzenia.

Dostępna moc ładowania akumulatora zależy również od obciążenia hosta i architektury ładowania. Wyświetlacz, radio lub czujnik działające na stacji dokującej mogą zużywać część przychodzącej energii. Kontrola termiczna może jeszcze bardziej ograniczyć ładowanie.

O proponowany projekt zapytaj:

• Jaki prąd akumulatora jest wymagany podczas głównej fazy ładowania?

• Czy odbiornik może jednocześnie obsługiwać ładowarkę i aktywne urządzenie?

• Co się stanie, gdy spadnie dostępna moc sieci bezprzewodowej?

• Czy akumulator uzupełnia obciążenie systemu w każdych zamierzonych warunkach?

• W jaki sposób mierzony jest czas ładowania i zakończenie ładowania?

Traktuj żądany czas ładowania jako cel systemowy do sprawdzenia. Nie obliczaj gwarantowanego wyniku, dzieląc pojemność akumulatora przez reklamowany prąd wyjściowy stacji dokującej.

Zarezerwuj miejsce na kompletny zespół ładujący

Cienka komórka to tylko jedna część mechanicznego stosu.

Uwzględnij cewkę odbiornika, jej określone ekranowanie, warstwy kleju, elementy PCB, izolację i prowadzenie kabli. Uwzględnij także tolerancje gotowego akumulatora i zatwierdzony naddatek wymiarowy w całym okresie jego użytkowania.

Odległość cewki i pobliskie materiały mogą mieć wpływ na przenoszenie mocy. Dlatego prototyp wykorzystujący odsłoniętą cewkę nie zapewnia parametrów za obudową produkcyjną.

Przejrzyj zainstalowaną konstrukcję, zamiast dodawać dowolny luz wokół nominalnych wymiarów ogniwa. The Wymagania projektowe komory baterii LiPo pomagają określić retencję, zabezpieczenie przed ciśnieniem i prześwit baterii w tym zespole.

Nie ściskaj woreczka, aby odzyskać miejsce utracone przez cewkę lub płytkę drukowaną. Rozwiąż konflikt wymiarowy poprzez obudowę, wybór akumulatora lub układ ładowania.

Traktuj ekranowanie jak określony element magnetyczny, a nie zwykły arkusz izolacyjny. Jego materiał, położenie i konstrukcja należą do zatwierdzonego zestawu bezprzewodowego.

Sprawdź ciepło w akumulatorze, nie tylko w odbiorniku

Bezprzewodowe przesyłanie mocy powoduje straty oprócz tych, które występują w innych miejscach produktu. Konstrukcja cewki, układ, ekranowanie i pobliski metal mogą mieć wpływ na ogrzewanie.

Wewnętrzne zabezpieczenie termiczne układu scalonego nie ustala temperatury akumulatora. Podobnie chłodna obudowa zewnętrzna nie dowodzi, że zamknięte ogniwo pozostaje w zatwierdzonych warunkach ładowania.

Zaplanuj pomiary temperatury w odpowiednich lokalizacjach:

• Powierzchnia baterii i określony czujnik baterii.

• Zespół cewki odbiornika.

• Odbiornik i elektronika ładująca.

• Pobliskie elementy urządzeń wytwarzających ciepło.

• Dostępne powierzchnie obudowy, jeśli ma to znaczenie dla produktu.

Zapisz temperaturę otoczenia, stan baterii, tryb urządzenia i wyrównanie z każdym wynikiem. Stosuj limity odpowiednie dla wybranego akumulatora i gotowego produktu, a nie jeden uniwersalny próg temperaturowy.

Interfejs NTC akumulatora wymaga zdefiniowanego czytnika i odpowiedzi. Potwierdź specyfikację elektryczną, rozmieszczenie i obsługę usterek w projekcie ładowarki. Sam termistor nie może wstrzymać ładowania.

Jeśli ograniczenie termiczne wielokrotnie uniemożliwia osiągnięcie celu ładowania, należy ponownie sprawdzić cały układ i tryb pracy. Zwiększenie pojemności akumulatora samo w sobie nie rozwiąże problemu niewystarczającej mocy ładowania lub złego zarządzania ciepłem.

Sprawdź wyrównanie, przerwy i stan ładowania

Wyśrodkowanym ładowaniem próbki w temperaturze pokojowej jest przydatny punkt wyjścia. Nie jest to pełny test wersji.

Poniższa tabela stanowi praktyczną pomoc w planowaniu OEM. Dokładne warunki i limity przejazdów muszą wynikać z wybranego systemu ładowania i wymagań produktu.

Sprawdź wskaźnik ładowania pod kątem zmierzonego zachowania akumulatora. Odbieranie energii, ładowanie akumulatora i osiągnięcie pełnego naładowania to odrębne stany. Oprogramowanie sprzętowe nie powinno przedstawiać ich jako wymiennych.

Jeżeli urządzenie działa podczas ładowania, należy wyraźnie przetestować ten tryb. Uwzględnij wszelkie ograniczenia dotyczące obciążenia pracą w specyfikacji produktu, zamiast pozostawiać je jako nieformalne założenie inżynierskie.

Kontrole zgodności dotyczące obiektów obcych i zgodności produktu należy przeprowadzać oddzielnie

Metalowe przedmioty w obszarze przenoszenia mogą pochłaniać energię i ciepło. Wykrywanie obcych obiektów rozwiązuje to ryzyko w wybranym systemie ładowania bezprzewodowego. Nie zastępuje monitorowania temperatury akumulatora.

Skorzystaj z zatwierdzonego przez dostawcę rozwiązania bezprzewodowego procesu walidacji i odpowiednich kontroli laboratoryjnych. Nie wyłączaj funkcji ochronnych, aby pomyślnie naładować produkt produkcyjny. Nie improwizuj testów, umieszczając luźny metal na zespole ładowania pod napięciem.

W przypadku produktu wykorzystującego Qi sam wybór komponentów nie gwarantuje certyfikacji produktu gotowego. Wireless Power Consortium odróżnia komponenty od w pełni funkcjonalnych nadajników i odbiorników. Integracja modułu odbiornika nadal wymaga odpowiedniej oceny na poziomie produktu.

Zachowaj współpracę bezprzewodową, bezpieczeństwo baterii i dokumentację transportową jako osobne elementy przeglądu. Dowody na jedno nie powinny być przedstawiane jako dowód na inne.

Podobnie usunięcie portu ładowania może wspierać strategię obudowy, ale nie ustala wskaźnika wodoodporności. Twierdzenie to zależy od gotowej konstrukcji i jej odpowiednich testów.

Przygotuj specyfikację wspólnego akumulatora i ładowania bezprzewodowego

Przed zamówieniem próbek baterii wyślij dostawcy baterii wystarczające informacje, aby ocenić rzeczywisty interfejs:

• Zastosowanie produktu i zamierzony tryb pracy w doku.

• Konfiguracja ogniwa, wymagania dotyczące napięcia i docelowa pojemność.

• Zatwierdzone wymagania dotyczące napięcia i prądu ładowania.

• Zapotrzebowanie na rozładowanie normalne, szczytowe i rezerwowe.

• Maksymalne wymiary gotowego akumulatora i dostępna przestrzeń montażowa.

• Położenie cewki i odbiornika względem akumulatora.

• Układ styków złącza, długość kabla i kierunek wyjścia przewodu.

• Wymagania PCM lub BMS i interfejs czujnika temperatury.

• Zamierzone środowisko ładowania i zmierzone temperatury prototypu, jeśli są dostępne.

• Wymagania dotyczące walidacji próbek, ilość i etap projektu.

Przekaż zespołowi zajmującemu się elektroniką bezprzewodową ten sam rysunek baterii i wersję specyfikacji. Obydwaj dostawcy nie powinni opierać się na różnych założeniach dotyczących ogniwa, czujnika temperatury lub dostępnej przestrzeni.

Przed pobraniem próbki należy uzgodnić protokoły odbioru baterii. A Lista kontrolna testowania akumulatorów pomaga uporządkować wyniki dotyczące pojemności, rozładowania, ochrony i temperatury wraz z oddzielnymi zapisami walidacyjnymi systemu bezprzewodowego.

ZERNE wspiera dostosowywanie baterii pod względem wymiarów, pojemności, ochrony, wymagań NTC, złączy i kabli. Rozwój bezprzewodowego nadajnika, odbiornika i cewki powinien mieć odrębnie uzgodniony zakres; nie zakładaj, że te funkcje są zawarte w niestandardowej komórce lub pakiecie.

Zablokuj razem sprawdzone wersje cewki, ekranowania, obudowy, akumulatora i oprogramowania sprzętowego. Należy ponownie ocenić odpowiednie testy po zmianach, które mogą mieć wpływ na dopasowanie, przenoszenie mocy, wykrywanie lub ogrzewanie.

Często zadawane pytania

Czy bezprzewodowe ładowanie baterii LiPo wymaga specjalnego ogniwa?

Komórka nie potrzebuje wewnętrznej funkcji odbioru bezprzewodowego. Wymaga zatwierdzonych specyfikacji ładowania, których przestrzega system. Format baterii, wykrywanie temperatury i ochrona muszą również pasować do gotowego urządzenia.

Czy mogę podłączyć odbiornik bezprzewodowy bezpośrednio do akumulatora LiPo?

Nie, jeśli jest to tylko odbiornik zasilający. Kontrola ładowania akumulatora musi być obecna i prawidłowo skonfigurowana. Niektóre odbiorniki integrują tę kontrolę; przed wybraniem architektury sprawdź dokładne wymagania dotyczące obwodu i ogniwa.

Czy każdy system bezprzewodowego ładowania baterii LiPo jest kompatybilny z podkładką ładującą telefon?

Nie. Kompatybilność zależy od nadajnika, odbiornika, technologii i zmontowanego produktu. Nie należy zakładać, że zastrzeżona stacja dokująca lub odbiornik małego urządzenia jest kompatybilny z dowolną klawiaturą telefoniczną.

Czy bezprzewodowe ładowanie baterii LiPo zawsze trwa dłużej niż ładowanie przewodowe?

Żadne uniwersalne porównanie nie ma zastosowania. Czas ładowania zależy od dostarczonej mocy, limitów naładowania akumulatora, obciążenia urządzenia, temperatury i zakończenia ładowania. Porównaj kompletne zmierzone profile ładunków w określonych warunkach.

Czy cewkę odbiornika można umieścić obok lub za akumulatorem?

Lokalizacja wymaga sprawdzenia magnetycznego, termicznego i mechanicznego. Sprawdź wybraną cewkę, ekranowanie i układ akumulatora wewnątrz obudowy przeznaczonej do produkcji. Pomyślny test otwartej tablicy nie zatwierdza każdego układu piętrowego.

Co powinni określić nabywcy OEM w przypadku produktu LiPo ładowanego bezprzewodowo?

Określ zamierzoną stację dokującą, limity baterii, cel ładowania, obciążenie urządzenia, gotowe miejsce na baterię, układ cewek, informację zwrotną o temperaturze i warunki walidacji. Przypisz oddzielnie odpowiedzialność za konstrukcję baterii i elektronikę bezprzewodową.

Wniosek

Akumulator LiPo można ładować bezprzewodowo, jeśli kompletny produkt zapewnia kompatybilny odbiór bezprzewodowy i odpowiednią kontrolę ładowania akumulatora. Decyzja inżynierska wykracza poza wybór ogniwa lub dodanie cewki.

Zespoły OEM powinny określić obowiązki podsystemu, zachować całą obwiednię instalacji i zweryfikować ładowanie w realistycznych warunkach ustawienia, obciążenia i temperatury. Zatwierdź zespół baterii i zestawu bezprzewodowego, korzystając z kontrolowanych poprawek projektu.

Poproś o sprawdzenie specyfikacji baterii

Opracowujesz kompaktowy produkt z funkcją ładowania bezprzewodowego? Podziel się kopertą akumulatora, limitami ładowania, profilem obciążenia, złączem, wymaganiami NTC i proponowanym układem cewek z ZERNE. Poproś o pomoc techniczną dotyczącą niestandardowych akumulatorów LiPo, aby sprawdzić wybór akumulatorów i interfejsy pakietów wraz z projektem ładowania hosta.