Vizualizări: 0 Autor: ZENE Battery Conținut tehnic Echipa Ora publicării: 2026-08-25 Origine: Site
Un acumulator litiu-ion nu este definit doar de capacitate. Un pachet adecvat trebuie să furnizeze tensiunea necesară, să furnizeze suficientă energie utilizabilă, să susțină cererea curentă a dispozitivului, să se potrivească spațiului disponibil și să includă funcțiile de protecție adecvate.
Pentru un proiect OEM, proiectarea pachetului de baterii implică și decizii cu privire la:
Selectarea celulelor
Configurație în serie și paralelă
Tensiune nominală
Capacitate
Curent de vârf și continuu
BMS sau PCM
Metoda de încărcare
Conector și cablu
Integrare mecanică
Temperatura de functionare
Timp de rulare așteptat
Cerințe de testare și producție
Un pachet de baterii poate avea capacitatea corectă, dar tensiunea greșită. Poate furniza suficientă energie, dar eșuează în timpul cererii de curent de vârf. Se poate potrivi în carcasă, dar nu are funcțiile de protecție sau de comunicare cerute de dispozitivul gazdă.
Acest ghid explică principiile principale ale designului pachetului de baterii litiu-ion și arată cum echipele OEM pot conecta cerințele electrice, mecanice și de sistem înainte de a trece la dezvoltarea detaliată.
Pentru soluții comerciale pentru pachete de baterii, consultați ZENE pachete de baterii cu litiu . Pagina de produs este destinată întrebărilor despre produse și soluții, în timp ce acest articol se concentrează pe deciziile de inginerie din spatele proiectării pachetului de baterii.
Un acumulator litiu-ion ar trebui proiectat ținând cont de următorii factori:
Tensiunea de funcționare necesară
Capacitate țintă și energie utilizabilă
Curent continuu și de vârf
Configurație celule în serie și paralelă
Funcții de protecție BMS sau PCM
Tensiunea de încărcare și curentul de încărcare
Compartiment pentru baterii disponibil
Cerințe pentru conector și cablu
Temperatura de funcționare și depozitare
Timp de rulare necesar
Nevoi de testare și conformitate
Volumul de producție așteptat
Designul corect este cel care satisface cerințele electrice și mecanice ale dispozitivului gazdă, menținând în același timp producția sigură și repetabilă.
Designul acumulatorului ar trebui să înceapă cu dispozitivul, nu cu un model de baterie.
Înainte de a selecta celulele, echipa OEM ar trebui să definească:
Tensiunea de funcționare a dispozitivului
Tensiunea maximă de intrare
Tensiune minima de functionare
Cerere continuă de putere
Pornire sau cerere de putere maximă
Timp de funcționare estimat
Metoda de încărcare
Spațiu disponibil pentru baterie
Poziția conectorului și a cablului
Temperatura de functionare
Ciclul de viață al produsului
Volumul de producție așteptat
Bateria trebuie evaluată ca parte a sistemului complet de alimentare. Încărcătorul, circuitul de gestionare a puterii, motorul, controlerul, afișajul, modulul de comunicație și alte sarcini pot afecta specificațiile bateriei.
De exemplu, un dispozitiv poate consuma doar un curent mediu mic, dar necesită un impuls de curent mare atunci când pornește un motor sau transmite un modul fără fir. Dacă se ia în considerare doar puterea medie, bateria poate părea adecvată, dar eșuează în timpul funcționării efective.
Pentru cerințele OEM, cum ar fi dimensiunea, capacitatea, tensiunea, BMS și conectorul, ZENE soluțiile personalizate de baterii oferă un punct de intrare comercial relevant.
Tensiunea determină dacă bateria poate funcționa cu sistemul electric al dispozitivului.
Pentru multe celule standard litiu-ion și litiu-polimer, tensiunea nominală comună este de aproximativ 3,6 V sau 3,7 V, în timp ce tensiunea de încărcare completă este de obicei în jur de 4,2 V. Valorile exacte depind de chimia și specificațiile celulei.
Când celulele sunt conectate în serie, tensiunea crește.
Configurare |
Tensiune nominală |
Tensiune tipică de încărcare completă |
|---|---|---|
1S |
3,7 V |
4,2 V |
2S |
7,4 V |
8,4 V |
3S |
11,1 V |
12,6 V |
4S |
14,8 V |
16,8 V |
Aceste valori sunt puncte de referință comune pentru configurațiile standard Li-ion sau LiPo. Designul actual al bateriei trebuie să urmeze fișa tehnică a celulei selectate și cerințele sistemului de încărcare.
Gama de tensiune de intrare a dispozitivului trebuie verificată cu atenție. O baterie etichetată 7,4 V nu rămâne exact la 7,4 V pe toată durata funcționării. Tensiunea sa se modifică în timpul încărcării și descărcării.
Inginerii OEM ar trebui să facă distincția între:
Tensiune nominală
Tensiune de încărcare completă
Tensiunea de funcționare tipică
Tensiunea de întrerupere
Tensiunea minimă de intrare a dispozitivului
Tensiunea maximă de intrare a dispozitivului
Un dispozitiv care acceptă doar un domeniu îngust de tensiune poate necesita un convertor DC-DC, un regulator de tensiune sau o strategie specifică de gestionare a bateriei.
Dacă un dispozitiv OEM necesită o tensiune nominală a bateriei de aproximativ 7,4 V, o soluție tipică poate folosi două celule de 3,7 V în serie, cunoscută sub numele de configurație 2S.
Cu toate acestea, echipa de proiectare trebuie să verifice în continuare:
Dacă dispozitivul acceptă tensiunea de încărcare completă
Dacă încărcătorul acceptă pachetul 2S
Dacă este necesară echilibrarea celulelor
Dacă BMS acceptă două celule de serie
Dacă dispozitivul poate funcționa la tensiunea minimă a pachetului
Pentru o comparație mai concentrată a configurațiilor în serie și paralele, vezi Seria vs. Pachete de baterii paralele.
Capacitatea descrie cât de multă încărcare electrică poate stoca bateria și este exprimată de obicei în miliamperi-oră sau amperi-oră.
Cu toate acestea, capacitatea singură nu descrie pe deplin energia disponibilă. Energia depinde atât de tensiune, cât și de capacitate.
Relația de bază este:
Energia în wați-oră = Tensiune în volți × Capacitate în amperi-oră
De exemplu:
3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh
7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh
14,8 V × 3 Ah = 44,4 Wh
Când se compară diferite configurații ale bateriei, wați-oră sunt adesea mai utile decât miliamperi-oră, deoarece tensiunea poate fi diferită.
Să presupunem că fiecare celulă are:
Tensiune nominală: 3,7 V
Capacitate: 1000 mAh sau 1 Ah
Configurații diferite produc rezultate diferite:
Configurare |
Tensiune nominală |
Capacitate |
Aproximativ. Energie |
|---|---|---|---|
1S1P |
3,7 V |
1000 mAh |
3,7 Wh |
2S1P |
7,4 V |
1000 mAh |
7,4 Wh |
1S2P |
3,7 V |
2000 mAh |
7,4 Wh |
2S2P |
7,4 V |
2000 mAh |
14,8 Wh |
Conexiunile în serie cresc tensiunea. Conexiunile paralele cresc capacitatea. O configurație serie-paralelă le poate crește pe ambele.
Calculul detaliat al numărului de celule, conexiunea în serie și conexiunea paralelă ar trebui să fie tratat Cum se calculează capacitatea acumulatorului litiu-ion.
Un pachet de baterii trebuie să furnizeze suficient curent atât pentru funcționarea normală, cât și pentru cererea de vârf temporară.
Cumpărătorii OEM ar trebui să identifice:
Curent mediu de funcționare
Curent continuu
Curent de vârf
Durata maximă
Curent de pornire
Ciclu de funcționare
Tensiunea minimă a bateriei în timpul sarcinii de vârf
Celula bateriei, BMS, firele, punctele de sudură și conectorul trebuie să suporte curentul necesar. Un pachet poate conține suficientă energie stocată, dar totuși eșuează dacă calea sa de descărcare nu poate suporta cererea curentă a dispozitivului.
Curentul continuu este curentul pe care bateria trebuie să îl furnizeze în timpul funcționării normale. Afectează selecția celulei, dimensiunea conductorului, evaluarea BMS și designul termic.
Curentul de vârf poate apărea în timpul:
Pornirea motorului
Transmisie fără fir
Încălzire
Funcționarea pompei
Activarea luminii
Activitate rapidă a procesorului
Ieșire temporară de mare putere
Durata vârfului este importantă. Este posibil ca o baterie care acceptă un impuls scurt să nu suporte același curent continuu.
Când este cunoscută puterea dispozitivului, curentul poate fi estimat folosind:
Curent = Putere ÷ Tensiune
De exemplu, o sarcină de 20 W furnizată de o baterie de 7,4 V ar necesita aproximativ:
20 W ÷ 7,4 V ≈ 2,7 A
Proiectul propriu-zis ar trebui să ia în considerare și pierderile de conversie, variația de tensiune, cererea de vârf și temperatura.
Configurația serie-paralelă definește structura electrică a acumulatorului.
Celulele conectate în serie cresc tensiunea în timp ce capacitatea amperi-oră rămâne aproximativ egală cu cea a unei celule.
Un pachet 2S1P realizat din celule de 3,7 V, 1000 mAh oferă aproximativ:
Tensiune nominală 7,4 V
Capacitate 1000 mAh
Celulele conectate în paralel măresc capacitatea și capacitatea de curent, în timp ce tensiunea rămâne aproximativ egală cu cea a unei celule.
Un pachet 1S2P realizat din aceleași celule oferă aproximativ:
Tensiune nominală 3,7 V
Capacitate 2000 mAh
Un pachet 2S2P oferă aproximativ:
Tensiune nominală 7,4 V
Capacitate 2000 mAh
Designul trebuie să ia în considerare, de asemenea:
Potrivirea celulelor
Balansare
Protecţie
Metoda de sudare sau conectare
Dimensiunile pachetului
Generare de căldură
Arhitectura BMS
Principiul este simplu, dar designul final trebuie verificat în raport cu dispozitivul și procesul de producție real. Articolul Pachetele de baterii serie vs. paralele oferă o comparație mai restrânsă.
Caracteristicile fizice și electrice ale celulei afectează designul complet al pachetului.
Parametrii importanți ai celulei includ:
Format de celule
Dimensiuni
Capacitate nominală
Rata de descărcare
Rezistenta interioara
Performanța ciclului
Temperatura de functionare
Condiții de încărcare
Greutate
Disponibilitate
Consecvența producției
Celulele pungă pot suporta modele subțiri sau modelate. Celulele cilindrice pot oferi dimensiuni standardizate și consistență mecanică. Cel mai bun format depinde de dispozitivul gazdă și de performanța necesară.
Selectarea celulelor nu ar trebui să se bazeze numai pe capacitate. O celulă cu o capacitate mai mare poate fi nepotrivită dacă nu poate furniza curentul necesar sau nu se potrivește spațiului disponibil.
Pentru o comparație specifică a formatelor de celule cilindrice, vezi Baterie 26650 vs. 18650: dimensiune, tensiune și capacitate.
Pentru pachetele cu mai multe celule, celulele ar trebui să fie potrivite în funcție de parametri relevanți, cum ar fi:
Capacitate
Voltaj
Rezistenta interioara
Lotul de producție
Stare de imbatranire
Incoerența celulei poate afecta echilibrarea, capacitatea utilizabilă, temperatura și durata de viață. O discuție detaliată a acestei probleme este disponibilă în De ce acumulatorii litiu-ion devin inconsecvenți și ce trebuie făcut.
Electronicele de protecție sunt o parte esențială a majorității pachetelor de baterii reîncărcabile cu litiu.
Un modul de circuit de protecție poate fi potrivit pentru o configurație mai simplă a bateriei. Poate oferi funcții de bază precum:
Protecție la supraîncărcare
Protecție la supradescărcare
Protecție la supracurent
Protecție la scurtcircuit
Un sistem mai avansat de gestionare a bateriei poate fi necesar atunci când pachetul include mai multe celule sau necesită funcții suplimentare de control și comunicare.
Un BMS poate suporta:
Monitorizarea tensiunii celulei
Echilibrarea celulelor
Monitorizare curentă
Monitorizarea temperaturii
Estimarea stării de încărcare
Detectarea defecțiunilor
Comunicarea cu dispozitivul gazdă
Control de încărcare și descărcare
Înregistrarea evenimentului sau a erorilor
Un BMS este de obicei mai relevant atunci când:
Bateria conține mai multe celule în serie
Este necesară echilibrarea celulelor
Dispozitivul are nevoie de informații despre starea bateriei
Bateria funcționează la curent ridicat
Aplicația necesită o monitorizare detaliată a defecțiunilor
Dispozitivul gazdă comunică cu bateria
Proiectul necesită o funcție de baterie inteligentă
Proiectul ar trebui să definească cerințele BMS înainte ca prototipul să fie produs. Trecerea ulterioară de la o placă de protecție de bază la un BMS inteligent poate afecta dimensiunile bateriei, conectorul, firmware-ul, testarea și costul.
Pentru informații suplimentare despre modul în care gestionarea bateriei afectează starea de încărcare și comportamentul bateriei, consultați De ce ultimul 1 la sută al bateriei dumneavoastră litiu-ion rezistă mai bine decât credeți.
Durata de funcționare depinde de energia utilizabilă a bateriei și de cererea reală de putere a dispozitivului.
O estimare de bază este:
Timp de funcționare estimat = Energia bateriei × randamentul utilizabil ÷ puterea dispozitivului
Pentru o baterie specificată în funcție de tensiune și capacitate:
Energia bateriei = Tensiune nominală × Capacitate în amperi-oră
Presupunem:
Acumulator: 7,4 V, 2000 mAh
Energie nominală: 7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh
Eficiența estimată a sistemului utilizabil: 85%
Puterea dispozitivului: 5 W
Energie utilizabila:
14,8 Wh × 0,85 = 12,58 Wh
Timp de rulare estimat:
12,58 Wh ÷ 5 W ≈ 2,5 ore
Aceasta este o estimare de inginerie, nu un timp de funcționare garantat.
Timpul de rulare real poate fi afectat de:
Sarcina variabila a dispozitivului
Eficiența conversiei tensiunii
Setări de întrerupere a bateriei
Temperatură
Vechimea bateriei
Rata de descărcare
Rezistența celulară
Limitele de protecție BMS
Consumul dispozitivului în standby
Pentru o metodă completă de calcul a timpului de rulare, consultați Cum se calculează durata de funcționare pentru un pachet de baterii cu litiu.
Performanța electrică este doar o parte a designului pachetului de baterii. De asemenea, bateria trebuie să se potrivească în siguranță în produsul gazdă.
Designul ar trebui să definească:
Lungime maximă
Latime maxima
Grosimea maxima
Direcția de instalare
Metoda de montare
Acces la conector
Ieșire cablu
Limite de compresie
Expunerea la vibrații
Surse de căldură
Cerințe de service și înlocuire
O baterie husă nu ar trebui să fie comprimată de margini ascuțite sau de presiune concentrată. Un pachet cilindric poate necesita suporturi, distanțiere sau protecție structurală. Compartimentul bateriei trebuie să țină cont de toleranțele de fabricație și de mediul de operare așteptat.
Designul detaliat al compartimentului, spațiul liber, alocațiile de căldură și umflare sunt acoperite separat în Design compartiment baterie LiPo: clearance și umflare.
În acest articol, principiul principal de proiectare este:
Compartimentul bateriei trebuie proiectat împreună cu acumulatorul, nu după ce bateria a fost deja selectată.
Conectorul și cablul fac parte din interfața bateriei.
Echipele OEM trebuie să specifice:
Tip conector
Numărul de pini
Evaluarea actuală
Tensiune nominală
Polaritate
Metoda de blocare
Lungimea cablului
Diametrul firului
Poziția de ieșire a firului
Eliberarea tensiunii
Spatiu pentru instalare
Semnal necesare sau linii de comunicație
Conectorul de alimentare poate fi diferit de conectorul de comunicație. Un BMS inteligent poate necesita pini de semnal suplimentar pentru comunicarea datelor, detectarea temperaturii sau identificare.
Selectarea conectorului ar trebui să ia în considerare, de asemenea, asamblarea, ciclurile de împerechere, vibrațiile și întreținerea pe teren.
Selecția detaliată a conectorilor este în afara domeniului de aplicare al acestei prezentări generale de proiectare și este abordată în Cum să alegeți un conector pentru un pachet personalizat de baterii cu litiu.
Acumulatorul trebuie să fie compatibil cu încărcătorul și sistemul de încărcare.
Cumpărătorii OEM ar trebui să definească:
Tensiune de încărcare
Curent de încărcare
Timp de încărcare
Metoda de încărcare
Toleranta de iesire a incarcatorului
Limite de temperatură
Metoda de terminare a taxei
Cerințe de echilibrare
Indiferent dacă bateria este încărcată în interiorul sau în exteriorul dispozitivului
Un acumulator 2S nu poate fi încărcat folosind un încărcător conceput pentru o singură celulă. Sistemul de încărcare trebuie să se potrivească cu configurația pachetului și cu electronica de protecție.
BMS sau PCM ar trebui să fie, de asemenea, compatibile cu condițiile de funcționare ale încărcătorului. Comportamentul de încărcare poate afecta durata de viață a bateriei, temperatura și siguranța, așa că ar trebui testat cu dispozitivul și încărcătorul propriu-zis.
Înainte de a solicita un prototip, echipa OEM ar trebui să combine cerințele electrice, mecanice și de interfață într-o singură specificație controlată.
O specificație utilă ar trebui să includă:
Categorie |
Informații obligatorii |
|---|---|
Aplicație |
Tipul dispozitivului și mediul de operare |
Voltaj |
Tensiune nominală, minimă și maximă |
Capacitate |
Capacitate țintă și energie utilizabilă |
Actual |
Curent continuu și de vârf |
Configurare |
Dispunerea celulelor în serie și paralelă |
Celulă |
Cerințe de format, model și performanță |
Protecţie |
PCM, BMS, NTC și funcții de protecție |
Încărcare |
Tensiune, curent și metoda de încărcare |
Dimensiuni |
Lungime, latime si grosime maxima |
Conector |
Tip, pini, cablu și poziția de ieșire a firului |
Temperatură |
Interval de funcționare și stocare |
Timp de rulare |
Timpul de funcționare țintă și ciclul de funcționare |
Testare |
Încercări electrice, mecanice și de aplicație |
Volum |
Prototip, pilot și cantitate anuală de producție |
Un pachet de cerințe detaliat reduce reproiectările și face mai ușor de comparat ofertele furnizorilor.
Să presupunem că un dispozitiv OEM necesită:
Tensiune nominală: aproximativ 7,4 V
Capacitate tinta: 2000 mAh
Putere medie: 5 W
Curent de vârf: mai mare decât curentul normal de funcționare
Spațiu compact de instalare dreptunghiular
Funcționare reîncărcabilă
Monitorizarea stării bateriei
O posibilă direcție preliminară de proiectare ar putea fi:
Două celule în serie pentru o configurație 2S
Două căi de celule paralele pentru capacitatea necesară
Un BMS cu echilibrare celulară
Monitorizarea temperaturii
Un conector personalizat
Un pachet conceput în jurul carcasei dispozitivului gazdă
Verificarea timpului de funcționare sub sarcina reală de 5 W
Utilizarea a două celule de 1000 mAh în paralel pentru fiecare grup de serie produce un pachet de aproximativ 7,4 V, 2000 mAh.
Energia nominală este:
7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh
Folosind o eficiență estimată a sistemului de 85%, energia utilizabilă estimată este de aproximativ:
14,8 Wh × 0,85 = 12,58 Wh
La o sarcină continuă de 5 W, estimarea inițială a timpului de rulare este de aproximativ:
12,58 Wh ÷ 5 W = 2,5 ore
Înainte de aprobare, echipa de proiectare trebuie să verifice în continuare:
Cererea actuală reală
Răspuns curent de vârf
Compatibilitate cu încărcătorul
Setări BMS
Comportament termic
Potrivire mecanică
Fiabilitatea conectorului
Timp de rulare în condiții reale de dispozitiv
Acest exemplu ilustrează logica de proiectare. Nu ar trebui să înlocuiască o analiză de inginerie a bateriei specifică aplicației.
O baterie cu suficientă mAh poate fi în continuare incompatibilă cu dispozitivul dacă intervalul său de tensiune este greșit.
Cererea de vârf poate cauza scăderea tensiunii, întreruperea BMS sau supraîncălzirea conectorului chiar și atunci când consumul mediu pare acceptabil.
Tensiunea bateriei se modifică în timpul încărcării și descărcării. Dispozitivul trebuie să tolereze întreaga gamă de operare.
Dimensiunile BMS, cablarea, comunicarea și testarea pot afecta întregul design al pachetului.
Este posibil ca o baterie care funcționează electric să nu se potrivească în carcasă sau poate suferi o compresie dăunătoare.
Capacitatea nominală nu este egală cu energia utilizabilă în fiecare condiție de sarcină și temperatură.
Două pachete cu aceeași capacitate pot diferi în ceea ce privește calitatea celulei, capacitatea de descărcare, funcțiile BMS, dimensiuni și testare.
Înainte de a aproba un proiect, confirmați:
Este definit intervalul de tensiune al dispozitivului
Sunt identificate tensiunea nominală, minimă și maximă a bateriei
Capacitatea și energia utilizabilă sunt definite
Curentul continuu și de vârf sunt cunoscuți
Se selectează configurația în serie și paralelă
Modelul celulei și gradul de performanță sunt identificate
Sunt definite cerințele de potrivire a celulelor
Sunt specificate funcțiile PCM sau BMS
Condițiile de încărcare sunt confirmate
Dimensiunile bateriei sunt controlate
Cerințele pentru conector și cablu sunt documentate
Temperatura de funcționare este definită
Este indicată ținta de rulare
Este planificată testarea integrării gazdă-dispozitiv
Sunt definite criteriile de aprobare a prototipului
Cerințele de producție și de control al schimbării sunt înțelese
Pentru criterii mai largi de achiziție OEM, consultați Cum să alegeți un pachet de baterii reîncărcabile litiu-ion pentru un dispozitiv OEM.
Cel mai important factor este potrivirea bateriei la cerințele electrice și mecanice complete ale dispozitivului gazdă. Tensiunea, capacitatea, curentul, BMS, dimensiunile și încărcarea trebuie evaluate împreună.
Înmulțiți tensiunea nominală cu capacitatea în amperi-oră. De exemplu, un acumulator de 7,4 V, 2 Ah are aproximativ 14,8 Wh de energie nominală.
Nu. Conexiunile în serie cresc în primul rând tensiunea. Conexiunile paralele cresc capacitatea și capacitatea de curent. O configurație serie-paralelă poate crește atât tensiunea, cât și capacitatea.
Sistemul de protecție necesar depinde de configurația pachetului și de aplicație. Un pachet simplu cu o singură celulă poate folosi un PCM, în timp ce un pachet cu mai multe celule poate necesita un BMS cu funcții de echilibrare și monitorizare.
Durata de funcționare depinde de energia bateriei, puterea dispozitivului, eficiența conversiei, setările de întrerupere, temperatură și variația sarcinii. O estimare de bază reprezintă wați-oră a bateriei împărțite la puterea dispozitivului, ajustată pentru eficiența utilizabilă.
Un pachet de baterii personalizat este proiectat în funcție de tensiunea, capacitatea, curentul, dimensiunile, conectorul, BMS și cerințele aplicației ale produsului OEM. Un pachet standard utilizează de obicei o configurație predefinită.
În mod normal, intervalul de tensiune al dispozitivului trebuie stabilit mai întâi. Capacitatea poate fi apoi selectată în funcție de durata de funcționare, spațiul disponibil, cererea curentă și limitările de greutate.
Designul pachetului de baterii litiu-ion este un proces la nivel de sistem. Un design fiabil trebuie să conecteze:
Voltaj
Capacitate
Energie
Cererea curentă
Configurație în serie și paralelă
Selectarea celulelor
PCM sau BMS
Încărcare
Timp de rulare
Integrare mecanică
Cerințe pentru conector
Nevoile de testare și producție
O celulă de 3,7 V poate fi configurată în diferite pachete de baterii, în funcție de tensiunea și capacitatea necesară. Cu toate acestea, configurația electrică este doar o parte a designului. De asemenea, bateria trebuie să funcționeze corect cu încărcătorul, dispozitivul gazdă, sistemul de protecție și carcasa mecanică.