Design do compartimento da bateria LiPo: folga, calor, compressão e tolerância de inchaço

Um compartimento de bateria LiPo deve fazer mais do que manter a bateria no lugar. Deve acomodar tolerâncias de fabricação, proteger a bolsa da pressão concentrada, controlar o movimento, gerenciar o calor, preservar as áreas de vedação e cabos e deixar espaço suficiente para alterações dimensionais esperadas ao longo da vida útil do produto.

O tamanho correto do compartimento não pode ser determinado adicionando uma folga arbitrária a uma espessura nominal da célula. Os projetistas de produtos precisam avaliar a bateria completa, o espaço mínimo disponível no gabinete, o comportamento dos materiais de montagem, a temperatura operacional e a condição esperada da bateria após o envelhecimento.

Um projeto confiável normalmente segue quatro princípios:

• Dimensione o compartimento em torno das dimensões máximas da embalagem acabada, e não das dimensões nominais da célula da bolsa.

• Evite pressão local de nervuras, parafusos, bordas de PCB, conectores e componentes rígidos.

• Use retenção controlada sem presumir que cada célula da bolsa requer a mesma compressão.

• Defina a margem de expansão a partir dos dados do fornecedor e da validação no nível do dispositivo, em vez de uma porcentagem universal ou valor milimétrico.

Este guia explica como aplicar esses princípios ao projetar um compartimento de bateria LiPo para um dispositivo eletrônico compacto.

Por que o design do compartimento da bateria é importante

As células de bolsa LiPo ajudam os designers de produtos a usar espaços internos finos, leves e irregulares com eficiência. No entanto, a bolsa proporciona menos protecção estrutural do que uma célula cilíndrica rígida ou com invólucro metálico.

O gabinete, portanto, torna-se parte do sistema de integração da bateria.

Um compartimento inadequado pode criar problemas como:

• Danos na bolsa durante a montagem

• Pressão das nervuras do gabinete ou das saliências dos parafusos

• Aperto de cabo

• Interferência do conector

• Movimento da bateria durante quedas ou vibração

• Temperatura excessiva dentro de um produto selado

• Deformação da tampa após envelhecimento da bateria

• Estresse na tela, PCB ou gabinete

• Dificuldade em remover a bateria durante a manutenção

• Variação entre protótipo e ajuste de produção

Uma bateria que cabe em um gabinete de protótipo não está necessariamente pronta para produção. O projeto deve levar em conta a maior bateria permitida, o menor compartimento permitido e a variação na espuma, adesivo, etiquetas, isolamento e posição de montagem.

Comece com o envelope de bateria finalizado

O número do modelo da bateria geralmente descreve a espessura, largura e comprimento aproximados da célula da bolsa. Não descreve necessariamente o conjunto completo instalado no produto.

Uma bateria LiPo acabada também pode incluir:

• Módulo de circuito de proteção

• MOSFETs e outros componentes eletrônicos

• Abas de níquel

• Fita isolante

• Envoltório externo

• Adesivo

• Rótulo

• Fios

• Conector

• Termistor NTC

• Leads de comunicação

• Selo dobrado ou áreas de aba

Esses componentes podem criar projeções fora do corpo celular principal. A área PCM pode ser mais espessa que a área da célula ativa, enquanto o conector e o cabo podem exigir espaço de roteamento adicional.

Quando as dimensões compactas são uma prioridade, a ZERNE as opções de baterias finas de polímero de lítio podem ser avaliadas em relação ao espaço disponível, meta de capacidade, posição do conector e requisitos de proteção. A seleção de uma célula mais fina, entretanto, não elimina a necessidade de tolerância e tolerância ao envelhecimento.

Calcule a folga com uma pilha de tolerância

A folga do compartimento da bateria deve ser calculada a partir das dimensões do pior caso, em vez dos valores nominais CAD.

Um cálculo simplificado da direção da espessura pode ser expresso como:

Margem restante do projeto = profundidade mínima do compartimento − espessura máxima da embalagem acabada − espessura do isolamento e da barreira − folga de montagem − tolerância planejada para alteração dimensional

Se for utilizada espuma ou outro material de retenção compressível, a espessura instalada e a faixa de compressão também deverão ser incluídas.

O mesmo princípio se aplica à largura e ao comprimento:

Folga lateral mínima = dimensão mínima disponível do gabinete − dimensão máxima da bateria − montagem necessária e margem de movimento

O resultado deve permanecer aceitável sob a pior combinação permitida de:

• Tolerância de espessura da bateria

• Tolerância de moldagem de gabinete

• Tolerância de espessura de espuma

• Espessura adesiva

• Espessura da etiqueta e do isolamento

• Posição da placa de circuito impresso

• Posição do parafuso

• Deslocamento de montagem

• Mudança de material relacionada à temperatura

• Mudança dimensional esperada da bateria

Não presuma que todas as condições máximas e mínimas sejam igualmente prováveis. Uma análise formal de tolerância pode usar o pior caso de empilhamento, análise estatística ou ambos, dependendo do risco do produto e do volume de produção. O método selecionado deve ser documentado.

Divida o compartimento em zonas funcionais

Um único valor de folga não descreve adequadamente todo o espaço da bateria. Áreas diferentes precisam de tratamento diferente.

O desenho da bateria deve identificar o corpo da célula principal, bordas de vedação, PCM, saída do cabo, conector e quaisquer áreas de pressão restrita. Tratar o pacote como um simples bloco retangular pode ocultar importantes pontos de interferência.

Proteja a bolsa da pressão local

Uma bolsa LiPo não deve encostar em bordas afiadas, fechos expostos, superfícies ásperas ou pequenas projeções duras.

Os pontos de pressão potenciais incluem:

• Pontas de parafuso

• Chefes de parafuso

• Costelas moldadas por injeção

• Cantos de PCB

• Leads de componentes

• Carcaças de conectores

• Bordas de chapa metálica

• Espuma desalinhada

• Contas adesivas

• Clipes de gabinete

• Detritos deixados durante a montagem

A pressão local é mais preocupante do que o contato amplo e uniformemente distribuído porque a força está concentrada em uma pequena área.

Use zonas de exclusão

Defina zonas de exclusão em torno de:

• O perímetro da bolsa

• Vedação de bordas

• Abas dobradas

• Transição de célula para PCM

• Componentes PCM

• Juntas de solda de cabo

• Pontos de saída de fio

Uma nervura que pareça estar fora da bateria nominal ainda pode entrar em contato com um pacote de tamanho máximo ou com uma unidade de produção ligeiramente desalinhada. As zonas de exclusão devem, portanto, incluir a tolerância da bateria e a tolerância da posição de montagem.

Revise o gabinete fechado

Muitos problemas de interferência aparecem somente depois que o dispositivo está totalmente montado.

Durante a verificação do projeto, confirme que:

• A tampa fecha sem forçar a bateria para baixo.

• Os fixadores não criam pressão na célula.

• A bateria não pode ficar presa entre duas superfícies de gabinete incompatíveis.

• Uma PCB ou display não usa a bateria como suporte estrutural.

• O cabo não passa entre a bateria e uma borda dura.

• A espuma permanece na posição pretendida após o fechamento.

• O adesivo não se acumula em uma crista local rígida.

• Cargas que caem ou vibram não podem fazer com que a bateria fique afiada.

Invólucros seccionados, filmes sensíveis à pressão, protótipos transparentes, digitalização dimensional e inspeções de desmontagem controlada podem ajudar a revelar pontos de contato ocultos.

Projete o ambiente térmico em torno do dispositivo real

O calor da bateria não vem apenas da célula. O caminho completo da corrente pode gerar calor durante a carga, descarga, inicialização ou picos de carga repetidos.

Possíveis fontes de calor incluem:

• Resistência interna da célula

• MOSFETs PCM ou BMS

• Componentes de fusíveis e detecção de corrente

• Conexões de níquel

• Fios

• Terminais de conector

• Eletrônica do carregador

• Conversores de tensão

• Processadores

• Exibições

• Motores

• Transmissores sem fio

Um invólucro selado pode reter o calor que seria dissipado durante um teste de bancada aberta. A bateria deve, portanto, ser testada no invólucro destinado à produção com a eletrônica final, espuma, adesivo, sistema de carregamento e perfil operacional.

Evite usar a bateria como dissipador de calor

Colocar a bateria diretamente contra um processador, conversor de energia, IC do carregador, luz de fundo da tela ou motor pode transferir o calor gerado pelo dispositivo para a célula.

Onde for prático:

• Separe a bateria dos principais componentes geradores de calor.

• Forneça um caminho térmico definido dos componentes eletrônicos quentes até o gabinete.

• Evite direcionar o calor pela bolsa.

• Use barreiras térmicas somente após verificar seu efeito na temperatura total do gabinete.

• Mantenha a área PCM longe de outras fontes de calor concentradas.

• Avalie o carregamento enquanto o dispositivo está em operação se o produto for compatível.

Adicionar isolamento ao redor da bateria pode reduzir a transferência direta de calor de um componente próximo, mas também pode reter o calor gerado pela própria bateria. O projeto térmico deve, portanto, ser avaliado como um sistema completo.

Teste as piores condições relevantes

Os testes térmicos devem abranger condições que possam produzir razoavelmente a temperatura mais alta da bateria ou dos componentes, como:

• Carga contínua máxima pretendida

• Repetindo operação de corrente de pico

• Carregando na corrente máxima permitida

• Carregar enquanto o dispositivo está ativo

• Alta temperatura ambiente

• Luz solar direta ou fonte de calor externa, quando relevante

• Ventilação mínima

• Estado de carga da bateria fraca sob carga pesada

• Características elétricas de baterias antigas

• Espuma ou isolamento de espessura máxima

• Materiais de gabinete com intenção de produção

Meça mais do que a temperatura externa do gabinete. Dependendo do projeto, os pontos de medição relevantes podem incluir a face da célula, PCM, conector, fios, circuito de carga, PCB próximo e superfície de contato do usuário.

Posicione a detecção de temperatura intencionalmente

Se a bateria utilizar um termistor NTC, sua posição deverá representar a temperatura que o sistema de carga ou proteção pretende controlar.

Verificar:

• A especificação NTC e curva de resistência

• Localização do sensor

• Contato térmico

• Pinagem do conector

• Interpretação do dispositivo

• Limites de carga e descarga

• Resposta a um sensor aberto ou em curto

• Atraso de temperatura entre a célula e o sensor

Um NTC fornece um sinal de temperatura. O carregador, dispositivo, PCM ou BMS deve interpretar esse sinal e tomar as medidas necessárias.

Retenção não é o mesmo que compressão

Deve-se evitar que a bateria se mova excessivamente, mas mantê-la no lugar não requer automaticamente uma compressão rígida.

Os designers devem distinguir entre:

• Folga: espaço desocupado necessário para tolerância, montagem ou alteração dimensional

• Retenção: recursos que limitam o movimento da bateria durante o uso normal, vibração ou eventos de queda

• Pré-carga: uma força inicial controlada aplicada por espuma ou outro material compatível

• Compressão: força aplicada às superfícies das células pela estrutura instalada

Estas condições podem sobrepor-se, mas não são intercambiáveis.

Quando a retenção compatível pode ajudar

Uma espuma ou elastômero adequado pode:

• Aceite a variação de fabricação

• Reduza o movimento da bateria

• Distribua o contato por uma ampla área

• Proteja a bolsa de superfícies duras próximas

• Absorver choque mecânico limitado

• Acomodar alguma mudança dimensional

No entanto, a espuma não deve ser selecionada apenas pela espessura. Seu comportamento de deflexão de força é importante.

Uma espuma espessa e rígida pode aplicar força excessiva quando instalada em um espaço pequeno. Uma espuma muito macia pode sofrer uma compressão permanente e parar de reter a bateria após o envelhecimento.

Avaliar:

• Espessura nominal da espuma

• Tolerância de espessura

• Faixa de compressão

• Força nas folgas mínimas e máximas instaladas

• Conjunto de compressão

• Dependência da temperatura

• Comportamento de envelhecimento

• Requisitos de inflamabilidade

• Compatibilidade química

• Comportamento adesivo

• Retenção de posição durante a montagem

A condição de força máxima pode ocorrer com a bateria mais espessa, a espuma mais espessa e o compartimento menor. A condição de retenção mínima pode ocorrer com a bateria mais fina, a espuma mais fina, o compartimento maior e a espuma envelhecida.

Ambas as condições devem ser verificadas.

Evite compressão local ou descontrolada

Projetos de compressão ruins incluem:

• Uma costela estreita pressionando o centro da bolsa

• Uma saliência de parafuso em contato com uma face da célula

• Um componente rígido de PCB pressionando espuma fina

• Uma pequena almofada de espuma produzindo uma carga concentrada

• Uma tampa do invólucro dobrada sobre a célula após a fixação

• Adesivo aplicado de forma irregular sob a bateria

• Um conector preso entre a célula e o invólucro

• Espuma cobrindo apenas parte da direção do inchaço

Se um fornecedor de células especificar uma faixa de compressão controlada, o invólucro e o sistema de retenção deverão ser projetados e validados de acordo com esse requisito. Os valores de compressão de uma célula de bolsa, química, tamanho ou aplicação diferente não devem ser copiados automaticamente.

Fornecer uma margem de inchaço justificada

“Permissão de inchaço” não significa que uma bateria visivelmente defeituosa deva permanecer em serviço. Isso significa que o compartimento foi projetado de acordo com o comportamento dimensional esperado durante a vida operacional aprovada, evitando pressão prejudicial na bateria e nos componentes adjacentes.

A espessura das células da bolsa pode mudar devido a vários mecanismos:

• Mudanças reversíveis durante carga e descarga

• Expansão relacionada à temperatura

• Crescimento gradual da espessura relacionado ao envelhecimento

• Geração de gás associada à degradação ou condições anormais

Estes mecanismos não devem ser tratados como uma condição idêntica.

Uma pequena alteração esperada na espessura dentro dos limites validados é diferente de um inchaço anormal acompanhado de crescimento rápido, calor incomum, odor, vazamento, deformação do invólucro ou perda de desempenho. Um produto deve ter critérios definidos de inspeção e serviço para condições anormais da bateria.

Não use uma porcentagem de inchaço universal

O subsídio exigido depende de fatores como:

• Química celular

• Projeto do eletrodo

• Espessura nominal

• Tensão máxima de carga

• Faixa de estado de carga

• Corrente de carga e descarga

• Temperatura operacional

• Temperatura de armazenamento

• Tempo gasto em alto estado de carga

• Meta de ciclo de vida

• Meta de duração do calendário

• Compressão aplicada

• Variação de fabricação celular

• Critérios de fim de vida

O fornecedor da bateria deve fornecer limites dimensionais aplicáveis ​​ou dados de teste para a célula proposta e condições de uso. Se o fornecedor não puder fornecer informações suficientes, a equipe de projeto deverá estabelecer tolerâncias por meio de envelhecimento controlado e validação em nível de dispositivo.

Considere o que a bateria pode pressionar

Se a espessura aumentar, identifique qual componente recebe a carga.

As possíveis consequências incluem:

• Levantamento de exibição

• Deformação da cobertura

• Dobragem de PCB

• Deslocamento do conector

• Separação adesiva

• Perda de vedação ambiental

• Aumento da pressão na bolsa

• Dificuldade em abrir o gabinete

• Danos durante a remoção da bateria

O compartimento não deve transferir a expansão da bateria diretamente para uma tela frágil, placa de circuito impresso nítida ou fixador rígido.

Quando apropriado, utilize materiais compatíveis e uma direção de expansão definida. Certifique-se de que o perímetro da bolsa e as áreas de vedação permaneçam protegidos à medida que as dimensões mudam.

Considere adesivo, espuma e isolamento

Os materiais de montagem afetam o projeto mecânico e térmico.

Adesivo

O adesivo pode impedir o movimento, mas também pode:

• Adicionar espessura não planejada

• Crie uma superfície de suporte irregular

• Dificultar a remoção do serviço

• Danificar a bolsa durante a remoção

• Perder força em temperatura elevada

• Fluência sob carga de longo prazo

• Bloqueie um caminho térmico desejado

Se a bateria puder ser reparada, inclua um método de remoção controlada, como uma aba acessível ou outro recurso de liberação aprovado. A força e direção de remoção não devem dobrar, perfurar ou dobrar acentuadamente a bolsa.

Espuma

A espuma deve proporcionar um contato amplo e previsível. Almofadas pequenas podem criar cargas locais elevadas e inclinar o conjunto durante a montagem.

Documente a espuma:

• Material

• Nota

• Grossura

• Densidade

• Dados de dureza ou deflexão de força

• Adesivo

• Localização

• Área

• Orientação

• Faixa de compressão

'Adicione espuma conforme necessário' não é uma especificação de montagem de bateria pronta para produção.

Isolamento e Barreiras

Pode ser necessário isolamento entre a bateria e superfícies condutoras ou abrasivas. Sua espessura, cobertura de borda, classificação de temperatura e resistência a danos de montagem devem ser incluídas no projeto.

Uma película fina que se desloca durante a montagem não pode proteger a bolsa de forma confiável. O desenho deve controlar sua posição e evitar dobras ou bordas expostas.

Projete o espaço do cabo e do conector separadamente

O cabo não deve ser tratado como parte do espaço livre ao redor da bateria.

O compartimento deve fornecer:

• Uma rota de cabo definida

• Raio de curvatura suficiente

• Alívio de tensão

• Folga de arestas vivas

• Espaço para engate do conector

• Proteção contra clipes e parafusos do gabinete

• Acesso para montagem

• Proteção contra flexões repetidas

• Orientação correta do conector

• Controle de polaridade e pinagem

Não force o excesso de fio por baixo da bolsa, a menos que os designs da bateria e do dispositivo permitam especificamente. Um cabo enrolado pode criar um ponto de pressão e tornar a posição da bateria inconsistente.

A saída do cabo também deve permanecer desobstruída se a espessura da bateria mudar. Caso contrário, a expansão poderá puxar o fio, tensionar uma junta de solda ou mover o conector.

Mantenha as áreas de vedação e abas livres de cargas estruturais

A vedação superior, as vedações laterais, as bordas dobradas e a transição das abas requerem atenção especial.

Evitar:

• Dobragem acentuada do selo

• Fixação na área da guia

• Puxando as abas através do cabo

• Localizando uma saliência do parafuso ao lado da borda da bolsa

• Usando a vedação como batente de posicionamento

• Passando um cabo sobre uma borda dobrada

• Aplicar adesivo onde obstrui a geometria de vedação pretendida

Os batentes mecânicos devem atuar nas áreas aprovadas e distribuir as cargas de forma adequada. O desenho do fornecedor deve identificar áreas onde a pressão, a flexão ou o adesivo são restritos.

Um processo prático de design de compartimento de bateria LiPo

Etapa 1: definir os requisitos do dispositivo

Documento:

• Espaço tridimensional disponível

• Capacidade e tempo de execução necessários

• Tensão nominal

• Corrente contínua e de pico

• Método de carregamento e corrente

• Temperaturas de operação e armazenamento

• Vida útil esperada do produto

• Processo de montagem

• Requisitos de queda e vibração

• Facilidade de manutenção

• Mercados-alvo e requisitos aplicáveis

Etapa 2: Obtenha um desenho do pacote acabado

Solicite um desenho que inclua:

• Espessura, largura e comprimento máximos

• Tolerâncias dimensionais

• Localização do PCM

• Projeções locais máximas

• Selar e guiar áreas

• Saída de cabo

• Comprimento do fio

• Conector

• Etiqueta e isolamento

• Condições de medição

• Áreas de pressão restrita

ZERNE soluções personalizadas de bateria de polímero de lítio podem incorporar seleção de células, PCM ou BMS, NTC, fios, conectores, isolamento e dimensões de pacote de acordo com os requisitos elétricos e mecânicos de um dispositivo OEM.

Etapa 3: construir o modelo de tolerância

Comparar:

• Bateria máxima acabada

• Espaço mínimo do gabinete

• Tolerâncias de espuma e adesivo

• Posição de montagem

• Zonas de exclusão

• Rota do cabo

• Permissão para alteração dimensional

Execute a análise separadamente para espessura, largura, comprimento, PCM, cabo e áreas de conector.

Etapa 4: revisar os caminhos de pressão e calor

Identificar:

• Todas as superfícies que possam tocar a bateria

• Cada componente que pode pressionar a bateria após o fechamento

• A condição de espuma de maior força

• Fontes de calor próximas

• Caminhos térmicos pretendidos

• Posição do sensor de temperatura

• A direção disponível para mudança dimensional

Etapa 5: construir protótipos de intenção de produção

Usar representante:

• Amostras de bateria

• Materiais de gabinete

• Espuma

• Adesivo

• PCB

• Mostrar

• Fixadores

• Roteamento de cabos

• Carregador

• Firmware do dispositivo

Um invólucro impresso em 3D pode ajudar nas verificações iniciais de ajuste, mas sua rigidez, comportamento térmico e tolerâncias podem diferir do invólucro de produção.

Etapa 6: testar múltiplas condições de tolerância

Sempre que for prático, avalie combinações que representem:

• Bateria de tamanho máximo em compartimento de tamanho mínimo

• Bateria de tamanho mínimo em compartimento de tamanho máximo

• Espessura máxima da espuma

• Retenção mínima de espuma após envelhecimento

• Bateria em estados relevantes de carga

• Temperaturas operacionais altas e baixas

• Extremos de posição de montagem

Etapa 7: validar o produto completo

Os testes relevantes podem incluir:

• Montagem e fechamento do gabinete

• Inspeção visual após montagem

• Queda e vibração

• Carregando

• Carga contínua máxima

• Repetição de picos de carga

• Aumento de temperatura

• Retenção de cabo

• Acesso ao conector

• Envelhecimento de espuma

• Ciclismo térmico

• Remoção da bateria

• Envelhecimento acelerado

• Verificações dimensionais do ciclo de vida

• Verificações dimensionais de armazenamento

Meça a bateria antes e depois dos testes relevantes e inspecione quanto a marcas de pressão, danos na bolsa, desgaste do cabo, deslocamento da espuma, falha de adesivo e deformação do invólucro.

Passo 8: Congelar a Construção Aprovada

Controlar:

• Número de peça e revisão da bateria

• Dimensões máximas acabadas

• Modelo celular

• PCM ou BMS

• Conector e fio

• Especificação de espuma

• Especificação adesiva

• Isolamento

• Posição de montagem

• Rota do cabo

• Dimensões do gabinete

• Método de inspeção

• Limites de aceitação

ZERNE O sistema de controle de qualidade da bateria de polímero de lítio cobre rastreamento de células, inspeção estrutural, monitoramento de processos e verificação de desempenho final. Esses controles de produção devem estar conectados às características da bateria identificadas como críticas durante o projeto do compartimento.

Erros comuns de design do compartimento da bateria

Lista de verificação do projeto do compartimento da bateria

Envelope de bateria

• Espessura máxima da embalagem acabada confirmada

• Largura e comprimento máximos confirmados

• Projeção PCM incluída

• Etiqueta, fita e isolamento incluídos

• Saída de cabo e envelope de conector incluídos

• Condições de medição documentadas

Folga e tolerâncias

• Dimensões mínimas do gabinete confirmadas

• Tolerâncias de bateria e gabinete analisadas

• Tolerância de posição de montagem incluída

• Zonas de exclusão definidas

• Folga mínima de montagem confirmada

• Permissão para alteração dimensional da vida útil justificada

Proteção Mecânica

• Sem bordas afiadas perto da bolsa

• Sem contato com parafuso ou nervura

• Selar e guiar áreas protegidas

• Movimento da bateria controlado

• Cargas de queda e vibração avaliadas

• A bateria pode ser instalada sem força

• A bateria pode ser removida sem danificar a bolsa

Espuma e Adesivo

• Material de espuma e grau especificado

• Compressão máxima e mínima avaliada

• Conjunto de envelhecimento e compressão revisado

• A área de contato é ampla e controlada

• Espessura adesiva incluída

• Comportamento da temperatura do adesivo revisado

• Método de remoção definido quando necessário

Projeto Térmico

• Fontes de calor próximas identificadas

• A bateria não é usada como dissipador de calor

• Temperatura PCM avaliada

• Temperatura de carregamento avaliada

• Temperatura de carga máxima avaliada

• Gabinete com intenção de produção testado

• Localização do sensor de temperatura verificada

Cabo e Conector

• Rota do cabo definida

• Raio de curvatura aceitável

• Alívio de tensão fornecido

• O cabo não pode ser comprimido

• O conector pode ser montado e reparado

• Polaridade e pinagem verificadas

• A expansão não pode puxar o cabo

Validação e Produção

• Várias amostras de bateria testadas

• Combinações de tolerância de pior caso revisadas

• Carcaças para intenção de produção usadas

• Dimensões relacionadas ao envelhecimento ou ao ciclo medidas

• Inspeções de queda e vibração concluídas

• Revisões aprovadas de bateria e gabinete congeladas

• Espuma, adesivo e isolamento controlados

• Requisitos de notificação de mudança de fornecedor estabelecidos

Informações para enviar um fornecedor de bateria LiPo

Para apoiar a seleção da bateria e a revisão do compartimento, forneça:

• Desenho de espaço de bateria disponível

• Dimensões internas mínimas

• Áreas restritas e componentes próximos

• Capacidade alvo da bateria

• Tensão nominal

• Corrente contínua

• Magnitude, duração e frequência da corrente de pico

• Tensão e corrente de carga

• Alvo de tempo de execução

• Temperaturas de operação e armazenamento

• Meta de vida útil do produto

• Requisitos de conector e fio

• Requisitos PCM, BMS ou NTC

• Condições de queda e vibração

• Método de montagem

• Proposta de espuma ou adesivo

• Requisitos de manutenção

• Volume de produção esperado

• Mercados-alvo e requisitos de conformidade

Um modelo de gabinete tridimensional é útil, mas um desenho bidimensional claro com dimensões, tolerâncias, vistas de seção, localizações de parafusos e zonas de exclusão pode ser mais eficaz para uma revisão inicial.

Conclusão

Um compartimento de bateria LiPo confiável é projetado em torno de todo o sistema de bateria, e não de um tamanho nominal de célula de bolsa.

O projeto deve fornecer espaço suficiente para tolerâncias de embalagens acabadas, montagem, roteamento de cabos e alterações dimensionais justificadas na vida útil. Ao mesmo tempo, deve evitar movimentos excessivos, pressão concentrada, compressão descontrolada e exposição ao calor de componentes eletrônicos próximos.

Espuma, adesivo, isolamento, nervuras do invólucro, fixadores e roteamento de cabos afetam o ambiente final da bateria. Esses detalhes devem ser especificados e validados, em vez de serem deixados para ajustes na linha de produção.

Mais importante ainda, não existe folga universal, força de compressão ou tolerância de expansão que se aplique a todas as baterias LiPo. Os valores finais devem ser baseados na célula selecionada, na construção da embalagem acabada, no perfil operacional, na faixa de temperatura, na meta de vida útil do produto, nos dados do fornecedor e nos testes no dispositivo de intenção de produção.

Ao revisar esses fatores antes que o design do gabinete seja congelado, as equipes OEM podem reduzir problemas de ajuste em estágio final, proteger a bolsa durante a montagem e uso e criar um caminho mais confiável desde a amostragem da bateria até a produção em massa.

Perguntas frequentes

Quanto espaço livre um compartimento de bateria LiPo deve ter?

Não existe um valor de folga universal. O compartimento deve ser calculado usando as dimensões máximas da embalagem acabada, as dimensões mínimas do invólucro, os requisitos de montagem, as tolerâncias de espuma ou adesivo, o espaço para cabos e a tolerância justificada para alterações dimensionais durante a vida útil prevista do produto.

Uma bateria LiPo deve caber firmemente no gabinete?

A bateria deve ser retida sem compressão descontrolada ou pressão local. Um ajuste apertado baseado apenas nas dimensões nominais pode se tornar excessivo quando as tolerâncias da bateria, da espuma e do gabinete atingem a pior combinação possível.

Uma bateria LiPo precisa de compressão?

Algumas aplicações de células em bolsa utilizam compressão controlada, enquanto outras utilizam retenção compatível com folga definida. A abordagem correta depende do projeto da célula, tamanho, química, requisitos do fornecedor, perfil de carga e vida útil pretendida. Não copie um valor de compactação de uma célula não relacionada.

A espuma pode ser colocada diretamente em uma bateria LiPo?

Espuma adequada pode ser usada para distribuir o contato e controlar o movimento, mas seu material, área, espessura, força de compressão, comportamento de temperatura e características de envelhecimento devem ser avaliados. Uma almofada de espuma pequena ou excessivamente rígida pode criar uma pressão concentrada.

Como devo permitir o inchaço da bateria LiPo?

Use dados dimensionais do fornecedor e testes de envelhecimento específicos da aplicação para estabelecer uma tolerância. Considere o estado de carga, temperatura, ciclo de vida, armazenamento, tensão de carga, carga e pressão aplicada. Não confie em uma porcentagem genérica.

Todas as alterações na espessura das células da bolsa são um sinal de falha?

Não necessariamente. As células da bolsa podem sofrer alterações dimensionais limitadas, reversíveis e relacionadas ao envelhecimento. Inchaço rápido ou excessivo, calor, vazamento, odor, deformação do gabinete ou desempenho anormal devem ser tratados como uma condição potencialmente anormal e manuseados de acordo com os procedimentos de segurança e serviço do produto.

A bateria pode ser instalada sob o PCB ou display?

Pode ser possível, mas o projeto deve evitar que a expansão da bateria ou cargas do gabinete dobrem a PCB, levantem a tela ou pressionem componentes na bolsa. Componentes frágeis e pontiagudos não devem tornar-se batentes estruturais da bateria.

Devo testar o ajuste da bateria em um estado específico de carga?

As condições de medição e validação deverão ser definidas com o fornecedor. As dimensões da bateria podem variar com o estado de carga, temperatura e idade, portanto, verificar apenas uma bateria nova com um estado de carga não especificado não é suficiente.

Por que a bateria cabe durante a prototipagem, mas não na produção?

As possíveis causas incluem tolerância da bateria, tolerância de moldagem do gabinete, posição do PCM, variação da espuma, espessura do adesivo, roteamento de cabos, espessura da etiqueta, deslocamento de montagem ou diferenças entre o protótipo e os materiais de produção.

O excesso de fio da bateria deve ser armazenado embaixo da bolsa?

Isso geralmente deve ser evitado, a menos que a mochila e o compartimento tenham sido projetados especificamente para esse roteamento. Um fio ou conector abaixo da bolsa pode criar um ponto de pressão e tornar inconsistente a altura da bateria instalada.

Como posso verificar se o gabinete está comprimindo a bateria?

Compare as medições dimensionais antes e depois do fechamento do invólucro, inspecione o filme sensível à pressão quando apropriado, examine a bateria em busca de marcas de contato, revise a deflexão do invólucro induzida pelo fixador e teste as condições máximas de tolerância da bateria e do compartimento mínimo.

Quando o design do compartimento da bateria deve ser congelado?

Congelar o projeto depois que a bateria, o invólucro, a espuma, o adesivo, o isolamento, a rota do cabo, o carregador e o hardware do dispositivo com intenção de produção tiverem passado na validação mecânica, elétrica, térmica, ambiental, de envelhecimento e de montagem necessária.