Lista de verificare personalizată pentru proiectarea bateriilor cu litiu pentru proiectele OEM

Un proiect personalizat de baterii cu litiu rareori eșuează, deoarece cumpărătorul nu cunoaște capacitatea necesară. Cel mai adesea, problemele încep atunci când specificația inițială este incompletă.

O echipă OEM poate furniza o tensiune și o capacitate țintă, dar să oprească compartimentul bateriei, curentul de vârf, poziția conectorului, metoda de încărcare, temperatura de funcționare sau cerințele de protecție. Furnizorul poate pregăti apoi o ofertă bazată pe ipoteze. Aceste ipoteze pot crea probleme în timpul eșantionării, integrării dispozitivelor sau producției în masă.

Prin urmare, un proces practic de proiectare a bateriei personalizate ar trebui să înceapă cu un brief complet al proiectului. Scopul nu este să-l determine pe cumpărător să decidă singur fiecare detaliu tehnic. Scopul este de a oferi suficiente informații fiabile pentru ca producătorul să evalueze fezabilitatea, să recomande o arhitectură adecvată a bateriei și să identifice cerințele care au nevoie de confirmare.

Această listă de verificare acoperă principalele informații necesare înainte de a solicita o ofertă de preț sau un eșantion personalizat de baterie.

Răspuns rapid: Ce informații sunt necesare pentru o baterie cu litiu personalizată?

Cumpărătorii OEM ar trebui să pregătească în mod normal următoarele informații:

Cu cât informațiile despre proiect sunt mai complete, cu atât este mai ușor să evaluați o baterie litiu-ion personalizată înainte de proiectare, cotare, eșantionare și producție.

1. Definiți mai întâi aplicația bateriei

Bateria ar trebui să fie proiectată în jurul dispozitivului, mai degrabă decât selectată ca o componentă izolată.

Începe prin a descrie:

• Ce face dispozitivul;

• Cât de des funcționează;

• Indiferent dacă funcționează continuu sau intermitent;

• Fie că are moduri standby și active;

• Indiferent dacă este portabil, fix, purtabil sau industrial;

• Indiferent dacă bateria este înlocuibilă sau instalată permanent;

• Dacă dispozitivul comunică fără fir;

• Indiferent dacă bateria este expusă la vibrații, impact, umezeală sau schimbări de temperatură.

De exemplu, un tracker GPS poate petrece cea mai mare parte a timpului în standby, dar necesită perioade scurte de curent mai mare pentru poziționare și transmitere de date. Un dispozitiv medical poate necesita o putere stabilă și o protecție atent controlată. Un produs purtabil poate acorda o importanță mai mare grosimii, greutății, flexibilității și confortului.

Informațiile despre aplicație ajută producătorul să evalueze relația dintre capacitate, cererea curentă, dimensiune, protecție și durata de funcționare așteptată.

2. Confirmați cerințele de tensiune

Tensiunea este una dintre primele specificații care trebuie confirmate.

Specificația trebuie să facă distincția între:

• Tensiune nominală;

• Tensiune normală de funcționare;

• Tensiune de încărcare completă;

• Tensiune de întrerupere;

• Gama de tensiune de intrare a dispozitivului;

• Cerințe de ieșire a încărcătorului.

Un dispozitiv poate fi proiectat în jurul unei baterii cu o singură celulă sau a unui pachet de baterii cu mai multe celule. Tensiunea necesară poate influența configurația celulei, circuitul de protecție, sistemul de încărcare, conectorul și strategia de gestionare a bateriei.

Nu furnizați doar o expresie precum „baterie de 12 V” fără a explica modul în care dispozitivul și încărcătorul utilizează această tensiune. Producătorul trebuie să știe, de asemenea, dacă dispozitivul acceptă variațiile de tensiune în timpul descărcării și dacă este necesară o ieșire reglată.

O nepotrivire a tensiunii poate duce la:

• Incompatibilitate de încărcare;

• Oprirea dispozitivului;

• Capacitate utilă redusă;

• Cerere curentă excesivă;

• Activarea protecției;

• Cerințe suplimentare de conversie a puterii.

Prin urmare, tensiunea ar trebui revizuită împreună cu puterea de intrare și designul de încărcare a dispozitivului.

3. Specificați cerințele de capacitate și energie

Capacitatea este de obicei exprimată în miliamperi-ore sau mAh. O capacitate mai mare poate suporta o durată mai lungă de funcționare, dar poate crește și dimensiunea bateriei, greutatea, costul și timpul de încărcare.

Furnizați următoarele informații acolo unde este posibil:

• Capacitate necesară în mAh sau Ah;

• Timp de rulare țintă;

• Curent mediu de funcționare;

• curent de așteptare;

• Durata curentului de vârf;

• Ciclu de funcționare;

• Rezerva de baterie asteptata;

• Frecvența de încărcare;

• Greutate acceptabilă a bateriei.

Pentru aplicații cu putere mai mare, poate fi util să discutăm despre energia în wați-oră:

Energie (Wh)=tensiune nominală (V)×capacitate (Ah)

Durata de funcționare a bateriei depinde nu numai de capacitatea sa nominală, ci și de încărcarea dispozitivului, temperatura de funcționare, rata de descărcare, setările de întrerupere, condițiile de încărcare și eficiența sistemului.

O specificație OEM utilă nu ar trebui să menționeze pur și simplu:

Baterie necesară: 3,7 V, 2.000 mAh.

Ar trebui să explice:

Dispozitivul necesită o baterie reîncărcabilă cu o tensiune nominală compatibilă cu sistemul, o capacitate țintă de aproximativ 2.000 mAh, un curent de operare definit, o cerință de curent de vârf și o durată minimă de funcționare așteptată în condiții de operare specificate.

Capacitatea finală ar trebui confirmată prin testarea eșantionului, mai degrabă decât selectată doar dintr-o valoare de catalog.

4. Definiți curent normal, continuu și de vârf

Cererea de curent afectează selecția celulei, căderea de tensiune, rezistența internă, setările de protecție și comportamentul termic.

Brevetul de proiectare ar trebui să separe:

• Curent normal de funcționare;

• Curent maxim continuu;

• Curent de vârf;

• Curent de pornire sau de pornire;

• Durata curentului de vârf;

• Frecvența evenimentelor de vârf;

• Curent de încărcare.

Un dispozitiv care consumă un curent mediu scăzut poate necesita în continuare o baterie capabilă să furnizeze un curent mult mai mare pe termen scurt. Dacă acest lucru nu este identificat în timpul etapei de proiectare, bateria poate prezenta o scădere excesivă a tensiunii sau poate declanșa protecția la supracurent.

Curentul de vârf trebuie descris cu o perioadă de timp. De exemplu:

• 2 A pentru funcționare normală;

• 5 Un vârf timp de 3 secunde;

• Evenimentul de vârf se repetă o dată la 10 minute.

Aceste informații sunt mai utile decât o declarație generală, cum ar fi „baterie cu curent ridicat”.

5. Măsurați spațiul disponibil al bateriei

Potrivirea mecanică este o parte esențială a designului personalizat al bateriei.

Furnizați un desen, un model 3D sau măsurători precise ale compartimentului bateriei, inclusiv:

• lungime maxima;

• Latime maxima;

• Grosimea maxima;

• Inaltime disponibila;

• Direcția de instalare;

• Puncte de montare;

• Metoda de reținere;

• Spațiu liber în jurul bateriei;

• Spatiu pentru placa de protectie;

• Spatiu pentru conector si fire;

• Dirijarea cablurilor;

• Acces pentru înlocuire sau inspecție.

Nu măsurați doar compartimentul gol. Designul ar trebui să ia în considerare, de asemenea:

• Izolare;

• Materiale de protectie;

• Înălțimea conectorului;

• Raza de îndoire a cablului;

• Toleranta de fabricatie;

• Spațiu de asamblare;

• Disiparea căldurii;

• Compresie mecanică;

• Posibile variații dimensionale în timpul producției.

Pentru produsele compacte, o diferență de poziție a conectorului sau direcția de ieșire a cablului poate împiedica fixarea bateriei chiar și atunci când dimensiunile celulei par corecte.

ale lui ZENE Soluțiile personalizate de baterii cu litiu pot fi evaluate în funcție de dimensiunile necesare, capacitatea, sistemul de protecție, conectorul și condițiile de aplicare. Designul final trebuie încă confirmat față de carcasa propriu-zisă a dispozitivului.

6. Decideți forma și structura bateriei

O baterie cu litiu personalizată poate utiliza un format dreptunghiular standard, un format subțire, un design curbat sau o altă formă potrivită pentru echipament.

Specificația ar trebui să identifice dacă bateria are nevoie de:

• O formă dreptunghiulară standard;

• O structură subțire și plată;

• O formă curbată sau în formă;

• Un acumulator cu mai multe celule;

• O carcasă detașabilă;

• O carcasă rigidă;

• O structură de montare personalizată;

• O anumită orientare a celulei.

Alegerea ar trebui să se bazeze pe structura dispozitivului și pe cerințele de producție. O formă complet personalizată poate îmbunătăți utilizarea spațiului, dar poate afecta, de asemenea, sculele, asamblarea, inspecția, ambalarea și consistența producției.

Pentru un compartiment dreptunghiular obișnuit, o structură standard poate fi mai practică. Pentru dispozitivele neregulate sau foarte compacte, o baterie subțire sau cu formă poate oferi o mai bună integrare.

Înainte de a se angaja într-o structură complet personalizată, echipele OEM pot compara, de asemenea, compromisurile dintre a baterie cu litiu personalizată și un pachet de baterii de la raft.

Designul ar trebui să definească, de asemenea, dacă acumulatorul necesită:

• Conexiune în serie;

• Conexiune în paralel;

• Configurație serie-paralel;

• Potrivirea celulelor;

• O placă de protecție separată;

• Un BMS activat pentru comunicare.

7. Specificați conectorul și cablarea

Conectorul face parte din interfața bateriei și trebuie confirmat înainte de prelevare.

Furnizați:

• Marca sau seria conectorului, dacă este necesar;

• Număr de pini;

• Orientarea conectorului;

• Locația conectorului;

• Lungimea cablului;

• Calibrul sârmei;

• Direcția de ieșire a firului;

• Polaritate;

• Echilibrarea cerințelor de plumb;

• Cablu de încărcare și aranjament cablu de descărcare.

O baterie poate avea tensiunea și capacitatea corecte, dar totuși eșuează integrarea dispozitivului, deoarece conectorul nu este compatibil cu placa de bază sau deoarece cablul iese din partea greșită.

Conectorul trebuie revizuit împreună cu:

• Spațiu disponibil;

• Direcția de inserare;

• Metoda de blocare;

• Condiții de vibrație;

• Secvența de asamblare;

• Cerințe de serviciu;

• Curent necesar.

Pentru considerente mai detaliate despre conector, consultați Conectori pentru baterii LiPo și opțiuni de cablare personalizate.

8. Definiți cerințele PCM, BMS și de detectare a temperaturii

Sistemul de protecție trebuie selectat în funcție de arhitectura bateriei și de cerințele dispozitivului.

Brevetul de proiectare ar trebui să clarifice dacă proiectul necesită:

• Protecție la supraîncărcare;

• Protecție la supradescărcare;

• Protecție la supracurent;

• Protectie la scurtcircuit;

• Monitorizarea temperaturii;

• Echilibrarea celulelor;

• Informații despre starea taxei;

• Funcții de comunicare;

• Control de încărcare și descărcare;

• O interfață inteligentă pentru baterie.

O baterie cu o singură celulă poate utiliza un circuit de protecție cu funcții relativ simple. Un acumulator cu mai multe celule poate necesita un BMS mai avansat pentru monitorizarea celulelor, echilibrarea, înregistrarea defecțiunilor, comunicarea sau integrarea sistemului.

Cumpărătorul ar trebui să explice și rolul sistemului de protecție:

• Încărcătorul este controlat de baterie?

• Dispozitivul are nevoie de informații despre starea bateriei?

• Este necesar un NTC?

• Dispozitivul comunică prin SMBus, CAN sau alt protocol?

• BMS-ul trebuie să fie amplasat în interiorul sau în afara carcasei bateriei?

Pentru o explicație generală a selecției sistemului de protecție, link-ul către PCM vs. BMS pentru bateriile LiPo.

9. Descrieți mediul de operare

Performanța bateriei și cerințele de design se pot schimba semnificativ în funcție de mediul de operare.

Specificația ar trebui să includă:

• Interval de temperatură de funcționare;

• Temperatura de depozitare;

• Temperatura de încărcare;

• Umiditate;

• Vibrații;

• Şoc;

• expunerea la praf sau apă;

• Altitudine;

• Utilizare în interior sau exterior;

• Durata de viață estimată;

• Durata de depozitare înainte de instalare.

Temperatura este deosebit de importantă deoarece condițiile de încărcare și de descărcare pot să nu fie aceleași. O baterie folosită în aer liber, în interiorul unui dispozitiv industrial sau lângă o componentă generatoare de căldură poate necesita o evaluare termică suplimentară.

Designul ar trebui să identifice, de asemenea, dacă compartimentul bateriei este:

• Complet închis;

• ventilat;

• Aproape de o sursă de căldură;

• Expus la lumina directă a soarelui;

• Supus mișcării mecanice repetate.

Aceste detalii trebuie luate în considerare înainte de a selecta celula, sistemul de protecție, incinta și planul de testare.

10. Confirmați cerințele de încărcare

O baterie personalizată trebuie să fie compatibilă cu sistemul de încărcare prevăzut.

Furnizați:

• Tip încărcător;

• Tensiunea de ieșire a încărcătorului;

• Curent maxim de încărcare;

• Metoda de încărcare;

• Cerințe de încărcare a soldului;

• Conector de încărcare;

• Limite de temperatură de încărcare;

• Timp de încărcare estimat;

• Dacă încărcarea are loc în interiorul dispozitivului.

Producătorul bateriei ar trebui să înțeleagă cum funcționează împreună încărcătorul, bateria, sistemul de protecție și dispozitivul. O specificație a bateriei care exclude încărcătorul poate fi incompletă.

Încărcătorul nu trebuie selectat numai în funcție de capacitatea nominală a bateriei. De asemenea, ar trebui să se potrivească cu configurația bateriei, setările de protecție, tensiunea de încărcare, limitele de curent și condițiile de aplicare.

11. Pregătiți cerințele de testare și validare

Înainte de producția în masă, designul bateriei trebuie validat față de dispozitiv.

Rezumatul inițial al proiectului ar trebui să identifice domeniul de aplicare așteptat de validare, cum ar fi:

• Testarea capacității;

• Testare de încărcare și descărcare;

• verificarea timpului de rulare;

• Testarea curentului de vârf;

• Măsurarea rezistenței interne;

• Monitorizarea temperaturii;

• Verificarea conectorilor și cablurilor;

• Potrivire mecanică;

• Testare la vibrații sau impact;

• Încărcare și descărcare repetate;

• Testare de integrare la nivel de dispozitiv.

Condițiile de testare trebuie definite cât mai clar posibil. Rezultatele capacității pot varia în funcție de curent, temperatură, tensiune de întrerupere, metoda de încărcare și echipamentul de testare.

Eșantionul trebuie să reprezinte proiectul de producție prevăzut. Dacă celula, placa de protecție, conectorul, cablul sau carcasa se modifică după testare, proiectul poate necesita o revizuire suplimentară sau o revalidare.

Pentru o vedere pas cu pas a revizuirii cerințelor, dezvoltării prototipului, validării, producției pilot și producției în masă, consultați De la prototip la producția de masă: etape de dezvoltare personalizate a bateriilor.

Acest articol se concentrează pe informațiile necesare înainte de proiectare și cotare. Criteriile detaliate de acceptare a mostrelor ar trebui tratate într-un ghid separat de validare a eșantionului de baterie.

12. Identificați nevoile de conformitate și documentare

Cerințele de conformitate depind de construcția bateriei, piața de destinație, categoria de produs, metoda de transport și cerințele clienților.

Înainte de ofertare, identificați dacă proiectul poate necesita:

• documentația de testare ONU 38.3;

• SDS sau MSDS;

• Specificatiile produsului;

• Etichete pentru baterii;

• documente de transport;

• RoHS sau alte declarații materiale;

• Cerințe specifice pieței;

• Înregistrările de inspecție specifice clientului.

De asemenea, cumpărătorul trebuie să clarifice:

• Țările de destinație;

• Metoda de livrare;

• Clasificarea produselor;

• Dacă bateria este livrată instalată în echipament;

• Dacă clientul are nevoie de un raport de testare sau o declarație;

• Dacă documentele trebuie să acopere un anumit model de baterie sau un design de producție.

Certificarea și documentația de transport ar trebui revizuite în raport cu construcția finală a bateriei. Este posibil ca un document pentru un prototip anterior să nu reprezinte automat un proiect de producție ulterioară.

13. Lista de verificare pentru specificațiile bateriei OEM

Înainte de a solicita o ofertă, confirmați următoarele elemente.

Aplicație

• Numele dispozitivului și aplicația;

• Moduri de operare;

• țintă de rulare;

• Mediul de operare;

• Etapa de producție așteptată.

Electric

• Tensiune nominală;

• Tensiune de încărcare completă;

• Capacitate;

• curent normal;

• Curent de vârf;

• Curent de încărcare;

• Cerințe de tăiere.

Mecanic

• lungime maxima;

• Latime maxima;

• Grosimea maxima;

• Limită de greutate;

• Spațiu conector;

• Metoda de montare;

• Traseul cablului;

• Spațiul liber al incintei.

Protecție și interfață

• PCM sau BMS;

• NTC;

• Echilibrarea celulelor;

• Comunicare;

• Conector;

• Lungimea firului;

• Poziția de ieșire a firului.

Producție și conformitate

• cantitate prototip;

• Volumul de producție estimat;

• Cerințe de testare a probelor;

• Piața țintă;

• Nevoi de documentare;

• Cerințe de ambalare și expediere.

Dacă proiectul se îndreaptă către cotație, ar trebui revizuiți și principalii factori de cost. Un ghid separat despre Costul pachetului de baterii cu litiu personalizat și factorii de preț OEM pot ajuta echipele de achiziții să se pregătească pentru această discuție.

FAQ

Care este primul pas în designul personalizat al bateriei?

Primul pas este definirea aplicației dispozitivului și a cerințelor sale electrice, mecanice, de mediu și de producție. O baterie ar trebui să fie proiectată în jurul echipamentului, mai degrabă decât selectată numai după tensiune sau capacitate.

Ce informații ar trebui să trimit unui producător personalizat de baterii?

Trimiteți tensiunea bateriei, capacitatea, cererea curentă, dimensiunile, detaliile conectorului, aplicația, mediul de operare, cantitatea așteptată și orice cerințe PCM/BMS, testare sau conformitate.

Se poate face o baterie cu litiu personalizată la o anumită dimensiune?

Dimensiunile personalizate ale bateriei pot fi dezvoltate în funcție de structura dispozitivului și spațiul de instalare disponibil. Dimensiunea finală trebuie să includă izolația, componentele de protecție, conectorii, cablurile, toleranțele și spațiul de asamblare.

Trebuie să specific BMS înainte de a solicita o ofertă?

Ar trebui să explicați dispozitivul și cerințele de protecție, dar este posibil să nu fie nevoie să selectați singur modelul BMS exact. Producătorul poate recomanda un PCM sau BMS adecvat după ce a analizat configurația bateriei, curentul, metoda de încărcare, nevoile de comunicare și condițiile de funcționare.

De ce sunt importante detaliile conectorului?

Conectorul afectează compatibilitatea electrică, asamblarea, traseul cablurilor, spațiul disponibil și capacitatea de service. Tipul conectorului, polaritatea, poziția, lungimea cablului și direcția de ieșire a firului trebuie confirmate înainte de eșantionare.

Ce ar trebui testat înainte de producția în masă?

Eșantionul poate necesita teste de capacitate, încărcare și descărcare, timp de funcționare, curent, temperatură, potrivire mecanică, conector și integrare a dispozitivului. Planul final de validare ar trebui să se potrivească cu aplicația și specificația convenită.

Concluzie

O specificație completă stă la baza unui proiect de succes de baterii cu litiu personalizate.

Înainte de a solicita o ofertă sau o probă, cumpărătorii OEM ar trebui să definească aplicația, tensiunea, capacitatea, cererea curentă, dimensiunile, structura bateriei, conectorul, sistemul de protecție, metoda de încărcare, mediul de operare, cerințele de testare, așteptările de producție și documentele de conformitate.

Scopul unei liste de verificare a designului bateriei personalizate nu este de a forța cumpărătorul să ia singur fiecare decizie tehnică. Este de a oferi producătorului bateriei suficiente informații fiabile pentru a evalua fezabilitatea, a identifica riscurile, a recomanda un design adecvat și a pregăti o ofertă mai precisă.

Pentru un proiect personalizat de baterie cu litiu, partajați aplicația dispozitivului, capacitatea țintă, tensiunea, spațiul disponibil pentru baterie, cererea curentă, cerințele de conectare, cantitatea așteptată și nevoile de testare cu echipa de inginerie personalizată a bateriei de la ZENE. Echipa poate revizui specificațiile inițiale și poate ajuta la dezvoltarea unei soluții adecvate de baterie pentru eșantionare și producție.