Baterie LiPo a akumulatory NiMH: co się zmienia, gdy producent OEM przeprojektowuje urządzenie do ładowania?

Producent OEM może rozważyć wymianę pakietu NiMH, aby jego następne urządzenie było cieńsze lub lżejsze. Nowy akumulator LiPo pasuje do obudowy, a jego napięcie nominalne wygląda na zbliżone do oryginalnego pakietu.

Jest to punkt wyjścia, a nie dowód zgodności.

Przeprowadzka do akumulatory litowo-polimerowe mogą zmienić ładowarkę, system zabezpieczający, logikę wyłączania i organizację usług. Może to również mieć wpływ na zachowanie produktu w istniejącej stacji ładującej.

Przeprojektowanie należy zatem rozpocząć od kompletnego urządzenia. Traktuj akumulator, elektronikę i obudowę jako powiązane decyzje inżynieryjne, a nie substytut ogniwa za ogniwem.

Szybka odpowiedź: Co się zmienia po przejściu z NiMH na LiPo?

Producent OEM powinien dokonać przeglądu całego systemu zasilania, nawet jeśli dwie konfiguracje akumulatorów mają podobne napięcia nominalne.

Główne zmiany mogą obejmować:

• Liczba ogniw szeregowych i użyteczny zakres napięcia wejściowego urządzenia.

• Metoda ładowania, zakończenie i kontrola temperatury.

• Ochrona baterii i normalne wyłączenie urządzenia.

• Mocowanie akumulatora, okablowanie i zainstalowane odstępy.

• Czas pracy, zużycie w trybie gotowości i wskazanie niskiego poziomu naładowania baterii.

• Kompatybilność stacji dokującej, identyfikacja modelu i instrukcje serwisowe.

Nie należy zakładać, że ładowarka NiMH jest odpowiednia dla LiPo. Pasujące złącze, pomyślne uruchomienie lub podobna liczba mAh nie gwarantuje bezpiecznej wymiany.

Zacznij od powodu przeprojektowania

Zdefiniuj ulepszenie produktu przed wybraniem nowego środka chemicznego.

Czy celem jest cieńsza obudowa, mniejsza masa, dłuższy czas pracy lub inny interfejs ładowania? Czy urządzenie wymaga wewnętrznej baterii zamiast wymiennych standardowych ogniw?

Cele te mogą prowadzić do różnych rozwiązań. Torba LiPo może mieć bardziej płaski układ, ale trzymanie ogniw NiMH wymienianych przez użytkownika może lepiej odpowiadać potrzebom serwisowym innego produktu.

Dokumentuj także to, czego nie można zmienić. Istniejące doki, zatwierdzona elektronika, narzędzia i ustalenia dotyczące usług w terenie mogą ograniczać przeprojektowanie bardziej niż dostępna przestrzeń na akumulatory.

Skorzystaj z niestandardowe wymagania dotyczące projektu baterii , aby oddzielić stałe ograniczenia od opcji dostępnych do przeglądu. Dzięki temu inżynieria i zaopatrzenie mają wspólną podstawę do porównywania propozycji.

Porównaj istniejący system z proponowanym systemem

NiMH oznacza nikiel-wodorek metalu. Jego wspólne nominalne napięcie ogniwa wynosi około 1,2 V.

W tym porównaniu LiPo oznacza typową konstrukcję etui z polimeru litowo-jonowego o napięciu nominalnym 3,7 V. Wiele takich ogniw wykorzystuje limit ładowania 4,2 V. Inne warianty LiPo wymagają własnych specyfikacji.

Żadna wartość nominalna nie opisuje pełnego zakresu roboczego.

Zamiast polegać na założeniach dotyczących wszystkich produktów NiMH, zapisz istniejący projekt. Różne ładowarki i konstrukcje akumulatorów mogą wymagać różnych przeprojektowań.

Odbuduj przegląd napięcia wokół liczby ogniw

Pojedyncze ogniwo LiPo ma wyższe napięcie nominalne niż pojedyncze ogniwo NiMH. Jednakże istniejące urządzenie NiMH może wykorzystywać kilka ogniw połączonych szeregowo.

Na przykład wspólne wartości nominalne dają:

• Dwa ogniwa NiMH serii: około 2,4 V.

• Trzy serie ogniw NiMH: około 3,6 V.

• Cztery ogniwa NiMH serii: około 4,8 V.

Jedno nominalne ogniwo LiPo 3,7 V nie jest elektrycznie równoważne wszystkim trzem układom.

Sprawdź rzeczywiste napięcia ładowania i rozładowania, w tym spadek napięcia zależny od obciążenia. Sprawdź regulatory, silniki, wyświetlacze i inne obwody podłączone do zasilania akumulatorowego.

Dlaczego trzy ogniwa NiMH są przydatnym porównaniem

Trzy ogniwa NiMH mają nominalne napięcie pakietu zbliżone do wspólnego pojedynczego ogniwa LiPo. To sprawia, że ​​propozycja jest warta zbadania, ale nie oznacza, że ​​może ona bezpośrednio zastąpić.

Ładowarka nadal stosuje inną strategię kontroli akumulatora. Progi ostrzegawcze urządzenia i zachowanie podczas wyłączania również wymagają sprawdzenia w odniesieniu do wybranego ogniwa LiPo.

Nie zmieniaj samego akumulatora pozostawiając niezweryfikowane założenia w ładowarce lub oprogramowaniu.

Porównaj energię pakietu bez dodawania pojemności serii

Rozważmy hipotetyczny pakiet zawierający trzy identyczne ogniwa NiMH 1,2 V, 1500 mAh połączone szeregowo.

Jego napięcie nominalne wynosi około 3,6 V, a pojemność pozostaje 1500 mAh, a nie 4500 mAh.

Używając wartości nominalnych:

• Pakiet NiMH: 3,6 V × 1,5 Ah ≈ 5,4 Wh.

• Pojedynczy kandydat na LiPo: 3,7 V × 1,5 Ah ≈ 5,55 Wh.

Są to obliczenia poglądowe, a nie oceny produktów ZERNE. Pokazują, dlaczego zmniejszenie liczby komórek nie zwiększa automatycznie czasu działania.

Rzeczywista energia użyteczna zależy od zachowania podczas rozładowania, odcięcia urządzenia i strat konwersji. Zmierz obie konfiguracje w ramach tego samego zadania urządzenia, zanim zgłosisz poprawę czasu działania.

Wymień założenia dotyczące ładowania, a nie tylko baterię

Systemy ładowania NiMH mogą wykorzystywać wykrywanie szczytu napięcia, wykrywanie ujemnego napięcia, kontrolę temperatury lub ładowanie czasowe. Metoda zależy od konstrukcji ogniwa i ładowarki.

Niektóre systemy wykorzystują również kontrolowane ładowanie uzupełniające lub konserwacyjne. Ustalenia te nie mogą zostać automatycznie przeniesione na LiPo.

Typowa konstrukcja LiPo 3,7 V wymaga kontroli ładowania zgodnej z litem, dopasowanej do określonych limitów napięcia i prądu. Płyta zabezpieczająca nie zamienia ładowarki NiMH w ten system ładowania.

Odłącz zewnętrzne źródło zasilania od ładowarki

Zasilacz lub stacja dokująca może jedynie dostarczać zasilanie, gdy obwód ładowania znajduje się wewnątrz urządzenia. W innym wykonaniu stacja dokująca może zawierać kontroler ładowania.

Przed podjęciem decyzji, które części mogą pozostać, należy określić, gdzie faktycznie odbywa się kontrola ładowania.

Istniejące źródło zewnętrzne może nadawać się do ponownego użycia dopiero po potwierdzeniu jego właściwości elektrycznych i kompatybilności systemu. Kształt złącza nie zapewnia tej kompatybilności.

Podobnie dodanie wejścia USB nie oznacza, że ​​zasilanie USB można podłączyć bezpośrednio do ogniwa litowego.

Przejrzyj dokładnie sprzęt Multi-Chemistry

Niektóre kontrolery ładowania obsługują wiele chemikaliów. Nie dowodzi to, że zmontowany obwód jest poprawnie skonfigurowany dla proponowanego akumulatora.

Przejrzyj rzeczywistą konfigurację i komponenty pomocnicze. Potwierdź limity ładowania wybranego ogniwa, informację zwrotną o temperaturze, zakończenie i zachowanie obciążenia roboczego.

Zastosuj wymagania dotyczące integracji hosta i ładowarki z nowym rozwiązaniem. Zachowaj tylko interfejsy, które zostały zweryfikowane, a nie te, które działały jedynie ze starym pakietem.

Koordynacja ochrony przy normalnym wyłączeniu urządzenia

Akumulator LiPo wymaga zabezpieczenia odpowiedniego dla wybranego ogniwa i zastosowania. Należy to określić wraz z elektroniką hosta i ładowarką.

Oddziel trzy funkcje:

• Kontrola ładowania zarządza zamierzonym procesem ładowania.

• Kontrola urządzenia zarządza normalną pracą, ostrzeżeniami i wyłączaniem.

• Ochrona akumulatora reaguje na zdefiniowane warunki awarii.

Nie należy stosować rutynowego odłączania zabezpieczającego jako normalnej strategii przy niskim poziomie naładowania baterii. Może to spowodować, że produkt nie będzie w stanie zapewnić zamierzonego ostrzeżenia lub kontrolowanego wyłączenia.

Przejrzyj także obciążenia rozruchowe i szczytowe. Nowy akumulator, obwód ochronny i połączenia muszą obsługiwać zmierzone zapotrzebowanie, nie przekraczając zatwierdzonych limitów.

Jeśli wymagane jest sprzężenie zwrotne temperatury, zdefiniuj jego czujnik i interfejs. Dwa przewody zasilające lub znane złącze nie gwarantują, że host otrzyma informację o temperaturze akumulatora.

Przeprojektowanie mocowania dla nowej konstrukcji akumulatora

Usunięcie ogniw cylindrycznych może stworzyć użyteczną przestrzeń, ale usuwa również oryginalny uchwyt i sposób jego mocowania.

Baterii etui nie należy po prostu wciskać w przestrzeń pozostawioną pomiędzy istniejącymi żebrami i stykami.

Sprawdź gotową obudowę akumulatora, w tym zabezpieczenie, izolację, wyjście kabla i złącze. Trzymaj woreczek z dala od ostrych krawędzi, końcówek śrub i ruchomych części.

Zdefiniuj retencję i naddatki wymiarowe, korzystając z informacji dostawcy i walidacji mechanicznej. Nie zginaj ani nie ściskaj standardowego woreczka, aby odtworzyć kształt starego opakowania.

Zdecyduj także, czy akumulator będzie mógł zostać wymieniony przez użytkownika, czy też stanie się częścią serwisową. Wewnętrzna torebka może zmienić dostęp, procedury wymiany i wymaganą identyfikację części zamiennych.

Ocenić nowy rozkład masy w zmontowanym urządzeniu. Lżejsze ogniwo nie jest automatycznie lepszym układem do trzymania w ręku, jeśli jego położenie stwarza niewygodną równowagę.

Zmierz ponownie stan gotowości i gotowość do przechowywania

Samorozładowanie ogniwa jest tylko jednym ze źródeł strat energii pomiędzy użyciami.

Przeprojektowany produkt może dodać elektronikę zabezpieczającą, obwody stanu ładowania, wskaźnik poziomu paliwa lub nowe funkcje gotowości. Uwzględnij ich zużycie w pomiarze na poziomie urządzenia.

Nie zakładaj, że wszyscy kandydaci na NiMH mają identyczne utrzymanie ładunku. Istnieją warianty o niskim samorozładowaniu, a rzeczywista specyfikacja ogniwa ma znaczenie.

Porównaj urządzenia po określonym okresie przestoju i w zamierzonych warunkach przechowywania. Następnie sprawdź, czy każdy wykonał wymagane zadanie.

Sprawdź także wskazanie niskiego poziomu naładowania baterii. Progów opracowanych dla wieloogniwowego pakietu NiMH nie należy kopiować do projektu LiPo bez walidacji.

Zapobiegaj pomyłkom pomiędzy starymi i nowymi wersjami produktów

Przeprojektowanie akumulatora może stwarzać ryzyko serwisowe, gdy stare i nowe części wyglądają na zamienne.

Przejrzyj kombinacje urządzeń, baterii, stacji dokujących i części zamiennych, z którymi mogą się spotkać użytkownicy lub zespoły serwisowe.

Zdecyduj, czy poprawiony projekt wymaga innego kluczowania, identyfikacji, etykiet lub zatwierdzonych referencji akcesoriów. Nie polegaj na kolorze przewodu lub niezmienionym złączu, aby rozróżnić niezgodne konfiguracje.

Jeśli obudowa pozostaje podobna wizualnie, należy zapewnić możliwość śledzenia wersji produktu. Instrukcje serwisowe powinny określać dozwolony akumulator i sposób ładowania dla każdej wersji.

Jest to szczególnie ważne, gdy starsze produkty NiMH pozostają w użyciu po wprowadzeniu wersji LiPo.

Zweryfikuj przeprojektowanie pod kątem wymagań oryginalnego produktu

Przetestuj całkowicie przeprojektowane urządzenie, korzystając z komponentów przeznaczonych do produkcji. Pomyślne sprawdzenie po włączeniu zasilania nie jest kryterium zwolnienia.

Przejrzyj niekompatybilne kombinacje poprzez analizę projektu i kwalifikowane procedury bezpieczeństwa. Nie podłączaj akumulatora LiPo do niezweryfikowanej starej ładowarki NiMH w ramach nieformalnego eksperymentu.

Przed porównaniem wydajności należy zastosować zatwierdzoną procedurę ładowania dla każdego środka chemicznego. Kontroluj ustawienia urządzenia, warunki środowiskowe i definicje zadań.

Sprawdź także, które istniejące raporty z testów i dokumentacja produktu nadal mają zastosowanie. Nie należy zakładać, że zmiana składu chemicznego jest ujęta w zapisach poprzedniej konfiguracji.

Zachowanie NiMH może być lepszą decyzją projektową

Przeprojektowanie jest przydatne tylko wtedy, gdy zapewnia znaczące korzyści produktu w ramach ograniczeń projektu.

Utrzymanie NiMH może być rozsądne, jeśli istniejący system spełnia wymagania w zakresie czasu pracy, a standaryzacja wymiany pozostaje ważna. Może również uniknąć zmian w ustalonych ustaleniach dotyczących opłat i usług.

LiPo może zasługiwać na rozwój, gdy cienkie opakowanie, zainstalowana masa lub zmienione doświadczenie ładowania uzasadnia prace inżynieryjne.

Porównaj całe wdrożenie: akumulator, elektronikę, oprzyrządowanie, walidację i zmiany serwisowe. Żadna chemia nie jest automatycznie wyborem o niższym koszcie i dłuższej żywotności dla każdego produktu.

Często zadawane pytania

Jak producenci OEM powinni porównywać akumulatory LiPo i NiMH w celu przeprojektowania urządzenia?

Porównaj istniejące i proponowane systemy zasilania z tymi samymi wymaganiami produktu. Przejrzyj zakres napięcia, ładowanie, ochronę, czas pracy, integrację mechaniczną i ustalenia serwisowe. Samo porównanie składu chemicznego nie może ustalić, czy przeprojektowanie jest opłacalne.

Czy podobne napięcie sprawia, że ​​LiPo vs NiMH są bezpośrednim zamiennikiem?

Nie. Trzy ogniwa NiMH mają napięcie nominalne zbliżone do wspólnego pojedynczego ogniwa LiPo, ale ich wymagania dotyczące ładowania są różne. Przeglądu wymagają również wyłączenie urządzenia, zabezpieczenie i pełny zakres działania.

Jakie różnice w ładowaniu mają znaczenie w konstrukcjach LiPo i NiMH?

Ładowarki NiMH mogą wykorzystywać metody napięcia, temperatury i synchronizacji odpowiednie dla ogniw na bazie niklu. LiPo wymaga kontroli ładowania dopasowanej do wybranego ogniwa litowego. Nie należy przenosić ładowania konserwacyjnego NiMH ani zakładać, że wspólne złącze zapewnia kompatybilność ładowarki.

Czy istniejącą stację ładującą można ponownie wykorzystać?

Możliwe, ale dopiero po określeniu jego roli. Stacja dokująca zasilacza różni się od stacji zawierającej kontroler ładowania. Zapoznaj się z pełnym interfejsem elektrycznym, zachowaniem podczas ładowania i separacją pomiędzy starymi i nowymi wersjami produktu.

Czy jedno ogniwo LiPo zapewni trzykrotnie dłuższy czas pracy niż trzy ogniwa NiMH?

Nie automatycznie. Połączone szeregowo ogniwa NiMH dodają napięcie, a nie ich indywidualne wartości znamionowe w mAh. Porównaj watogodziny pakietu i zmierzoną energię użytkową w ramach tego samego zadania. Sama mniejsza liczba komórek nie ustanawia mnożnika czasu wykonywania.

Czy płytka zabezpieczająca LiPo może zastąpić właściwą ładowarkę?

Nie. Ochrona i normalna regulacja ładowania pełnią różne funkcje. Ładowarka musi spełniać zatwierdzone wymagania wybranego ogniwa. Host powinien także zarządzać normalnymi zachowaniami związanymi z ostrzeganiem i zamykaniem, bez polegania na rutynowych wyłączeniach ochronnych.

Wniosek

LiPo vs NiMH staje się kwestią przeprojektowania urządzenia, gdy zmienia się skład chemiczny baterii.

Zacznij od ulepszeń, których potrzebuje produkt. Następnie sprawdź liczbę ogniw, pełny zakres napięcia, kontrolę ładowania, ochronę, opakowanie i zgodność usług.

Zweryfikuj poprawiony produkt pod kątem tego samego zadania operacyjnego i wyraźnie określ zatwierdzony akumulator i ładowarkę. Projekt LiPo powinien zyskać aprobatę dzięki wymiernym zaletom produktu, a nie podobnemu napięciu nominalnemu lub zakładanej przewadze chemicznej.

Poproś o recenzję przeprojektowania LiPo

Podziel się z ZERNE swoją istniejącą konfiguracją NiMH, limitami wejściowymi urządzeń, sposobem ładowania i celami przeprojektowania. Poproś o niestandardową recenzję baterii LiPo, aby omówić odpowiednie wymiary baterii, pojemność, ochronę i interfejsy dla proponowanej wersji produktu.