Контрольный список проектирования индивидуальной литиевой батареи для OEM-проектов

Проект индивидуальной литиевой батареи редко терпит неудачу, потому что покупатель не знает требуемой емкости. Чаще всего проблемы начинаются, когда первоначальная спецификация неполная.

Команда OEM может указать целевые напряжение и емкость, но не учитывать батарейный отсек, пиковый ток, положение разъема, метод зарядки, рабочую температуру или требования к защите. Затем поставщик может подготовить ценовое предложение, основанное на предположениях. Эти предположения могут создать проблемы при отборе проб, интеграции устройств или массовом производстве.

Поэтому практический процесс проектирования индивидуальной батареи должен начинаться с полного описания проекта. Цель не в том, чтобы заставить покупателя самостоятельно решать каждую техническую деталь. Цель состоит в том, чтобы предоставить производителю достаточно достоверной информации, чтобы он мог оценить осуществимость, порекомендовать подходящую архитектуру батареи и определить требования, которые еще нуждаются в подтверждении.

Этот контрольный список содержит основную информацию, необходимую перед запросом предложения или индивидуального образца батареи.

Быстрый ответ: какая информация необходима для индивидуальной литиевой батареи?

Покупатели OEM обычно должны подготовить следующую информацию:

Чем полнее информация о проекте, тем легче оценить изготовленную по индивидуальному заказу литий-ионную батарею перед ее проектированием, ценовым предложением, отбором проб и производством.

1. Сначала определите применение батареи

Аккумулятор следует проектировать вокруг устройства, а не выбирать как изолированный компонент.

Начните с описания:

• Что делает устройство;

• Как часто он работает;

• Работает ли он постоянно или с перерывами;

• Есть ли у него дежурный и активный режимы;

• Будь то портативный, стационарный, носимый или промышленный;

• Является ли аккумулятор сменным или постоянно установленным;

• Поддерживает ли устройство беспроводную связь;

• Подвергается ли аккумулятор вибрации, ударам, влаге или изменениям температуры.

Например, GPS-трекер может проводить большую часть времени в режиме ожидания, но ему требуются короткие периоды более высокого тока для позиционирования и передачи данных. Медицинскому устройству может потребоваться стабильная выходная мощность и тщательно контролируемая защита. Для носимого продукта большее значение могут придавать толщине, весу, гибкости и комфорту.

Информация о приложении помогает производителю оценить взаимосвязь между емкостью, текущим потреблением, размером, защитой и ожидаемым временем работы.

2. Подтвердите требования к напряжению.

Напряжение является одной из первых характеристик, которая должна быть подтверждена.

В спецификации следует различать:

• Номинальное напряжение;

• Нормальное рабочее напряжение;

• Напряжение полной зарядки;

• Напряжение отсечки;

• Диапазон входного напряжения устройства;

• Требования к выходной мощности зарядного устройства.

Устройство может быть сконструировано на базе одноэлементной батареи или многоэлементного аккумуляторного блока. Требуемое напряжение может влиять на конфигурацию элемента, схему защиты, систему зарядки, разъем и стратегию управления аккумулятором.

Не используйте только такую ​​фразу, как «Аккумулятор 12 В», не объясняя, как устройство и зарядное устройство используют это напряжение. Производителю также необходимо знать, допускает ли устройство изменение напряжения во время разряда и требуется ли регулируемая мощность.

Несоответствие напряжения может привести к:

• Несовместимость зарядки;

• Выключение устройства;

• Снижение полезной емкости;

• Чрезмерный текущий спрос;

• Активация защиты;

• Дополнительные требования к преобразованию мощности.

Поэтому напряжение следует рассматривать вместе с потребляемой мощностью устройства и конструкцией зарядки.

3. Укажите требования к мощности и энергии.

Емкость обычно выражается в миллиампер-часах или мАч. Большая емкость может обеспечить более длительное время автономной работы, но также может увеличить размер, вес, стоимость и время зарядки аккумулятора.

По возможности укажите следующую информацию:

• Требуемая емкость в мАч или Ач;

• Целевое время выполнения;

• Средний рабочий ток;

• Ток ожидания;

• Продолжительность пикового тока;

• Рабочий цикл;

• Ожидаемый запас заряда батареи;

• Частота зарядки;

• Приемлемый вес аккумулятора.

Для приложений с более высокой мощностью также может быть полезно обсудить энергию в ватт-часах:

Энергия (Втч) = номинальное напряжение (В) × Емкость (Ач)

Срок службы аккумулятора зависит не только от его номинальной емкости, но также от нагрузки на устройство, рабочей температуры, скорости разряда, настроек отключения, условий зарядки и эффективности системы.

Полезная OEM-спецификация не должна просто указывать:

Требуемый аккумулятор: 3,7 В, 2000 мАч.

Оно должно объяснить:

Для устройства требуется перезаряжаемая батарея с номинальным напряжением, совместимым с системой, целевой емкостью около 2000 мАч, определенным рабочим током, требованиями к пиковому току и минимальным ожидаемым временем работы при определенных условиях эксплуатации.

Окончательная мощность должна быть подтверждена путем выборочного тестирования, а не выбираться только из каталожного значения.

4. Определите нормальный, непрерывный и пиковый ток.

Потребление тока влияет на выбор ячеек, падение напряжения, внутреннее сопротивление, настройки защиты и тепловое поведение.

В брифе проекта должны быть разделены:

• Нормальный рабочий ток;

• Непрерывный максимальный ток;

• Пиковый ток;

• Пусковой или пусковой ток;

• Продолжительность пикового тока;

• Частота пиковых событий;

• Зарядный ток.

Устройству, которое потребляет низкий средний ток, все же может потребоваться батарея, способная выдавать гораздо более высокий кратковременный ток. Если это не будет обнаружено на этапе проектирования, батарея может испытывать чрезмерное падение напряжения или срабатывание защиты от перегрузки по току.

Пиковый ток должен описываться периодом времени. Например:

• 2 А для нормальной работы;

• 5 Пик в течение 3 секунд;

• Пиковое событие повторяется раз в 10 минут.

Эта информация более полезна, чем общее утверждение, такое как «сильноточная батарея».

5. Измерьте доступное место для аккумулятора.

Механическая установка является основной частью индивидуальной конструкции батареи.

Предоставьте чертеж, 3D-модель или точные размеры аккумуляторного отсека, включая:

• Максимальная длина;

• Максимальная ширина;

• Максимальная толщина;

• Доступная высота;

• Направление установки;

• Точки крепления;

• метод удержания;

• Свободное пространство вокруг аккумулятора;

• Место для платы защиты;

• Место для разъема и проводов;

• Прокладка кабеля;

• Доступ для замены или проверки.

Не измеряйте только пустой отсек. При проектировании также следует учитывать:

• Изоляция;

• Защитные материалы;

• Высота разъема;

• Радиус изгиба кабеля;

• Производственная толерантность;

• Разрешение на сборку;

• Тепловыделение;

• Механическое сжатие;

• Возможные изменения размеров в процессе производства.

В компактных изделиях разница в положении разъема или направлении выхода кабеля может помешать установке аккумулятора, даже если размеры элемента кажутся правильными.

ЦЕРНЕ Индивидуальные решения для литиевых батарей могут быть оценены в соответствии с требуемыми размерами, емкостью, системой защиты, разъемом и условиями применения. Окончательный проект еще необходимо сверить с реальным корпусом устройства.

6. Определите форму и структуру батареи.

Специальная литиевая батарея может иметь стандартный прямоугольный формат, тонкий формат, изогнутую конструкцию или другую форму, подходящую для оборудования.

В спецификации должно быть указано, требуется ли аккумулятору:

• Стандартная прямоугольная форма;

• Тонкая и плоская структура;

• Изогнутая или фасонная форма;

• Многоячеечный аккумуляторный блок;

• Съемный чехол;

• Жесткий корпус;

• Нестандартная монтажная конструкция;

• Особая ориентация клеток.

Выбор должен основываться на конструкции устройства и производственных требованиях. Полностью индивидуализированная форма может улучшить использование пространства, но она также может повлиять на оснастку, сборку, проверку, упаковку и стабильность производства.

Для обычного прямоугольного отсека практичнее может оказаться стандартная конструкция. Для нестандартных или очень компактных устройств лучше интеграцию может обеспечить профилированная или тонкая батарея.

Прежде чем переходить к полностью индивидуальной структуре, команды OEM могут также сравнить компромиссы между изготовленная на заказ литиевая батарея и готовый аккумуляторный блок.

В проекте также должно быть указано, требует ли аккумуляторный блок:

• Последовательное соединение;

• Параллельное соединение;

• Последовательно-параллельная конфигурация;

• Сопоставление ячеек;

• Отдельная плата защиты;

• BMS с возможностью связи.

7. Укажите разъем и проводку.

Разъем является частью интерфейса батареи и должен быть проверен перед отбором проб.

Предоставлять:

• Марка или серия разъема, если требуется;

• Количество контактов;

• Ориентация разъема;

• Расположение разъема;

• Длина кабеля;

• Калибр провода;

• Направление выхода провода;

• Полярность;

• Сбалансировать требования к лидерам;

• Расположение зарядного и разрядного проводов.

Батарея может иметь правильное напряжение и емкость, но все равно не сможет интегрироваться с устройством, поскольку разъем несовместим с материнской платой или кабель выходит не с той стороны.

Разъем следует проверять вместе с:

• Доступное пространство;

• Направление вставки;

• Метод блокировки;

• Условия вибрации;

• Последовательность сборки;

• Требования к обслуживанию;

• Требуемый ток.

Более подробную информацию о разъемах см. Разъемы для LiPo-аккумуляторов и специальные варианты проводки.

8. Определите требования к PCM, BMS и измерению температуры.

Систему защиты следует выбирать в соответствии с архитектурой батареи и требованиями к устройству.

В брифе проекта должно быть указано, требуется ли проекту:

• Защита от перезаряда;

• Защита от переразряда;

• Защита от перегрузки по току;

• Защита от короткого замыкания;

• Мониторинг температуры;

• Балансировка ячеек;

• Информация о состоянии заряда;

• Коммуникационные функции;

• Контроль зарядки и разрядки;

• Умный интерфейс батареи.

Одноэлементная батарея может использовать схему защиты с относительно простыми функциями. Для многоячеечного аккумуляторного блока может потребоваться более совершенная система BMS для мониторинга ячеек, балансировки, регистрации неисправностей, связи или системной интеграции.

Покупатель также должен объяснить роль системы защиты:

• Управляется ли зарядное устройство аккумулятором?

• Нужна ли устройству информация о состоянии батареи?

• Требуется ли НТЦ?

• Устройство обменивается данными через SMBus, CAN или другой протокол?

• Должна ли BMS располагаться внутри или снаружи аккумуляторного отсека?

Для общего объяснения выбора системы защиты перейдите по ссылке PCM против BMS для LiPo аккумуляторов.

9. Опишите операционную среду

Требования к характеристикам и конструкции аккумулятора могут существенно меняться в зависимости от условий эксплуатации.

Спецификация должна включать:

• Диапазон рабочих температур;

• Температура хранения;

• Температура зарядки;

• Влажность;

• Вибрация;

• Шок;

• Воздействие пыли или воды;

• Высота;

• Использование в помещении или на открытом воздухе;

• Ожидаемый срок службы;

• Срок хранения до установки.

Температура особенно важна, поскольку условия зарядки и разрядки могут не совпадать. Батарея, используемая вне помещения, внутри промышленного устройства или рядом с тепловыделяющим компонентом, может нуждаться в дополнительной термической оценке.

В конструкции также должно быть указано, является ли батарейный отсек:

• Полностью закрытый;

• Вентилируемый;

• Рядом с источником тепла;

• Подвергается воздействию прямых солнечных лучей;

• Подвержен повторяющимся механическим движениям.

Эти детали следует учитывать перед выбором элемента, системы защиты, корпуса и плана испытаний.

10. Подтвердите требования к зарядке

Специальная батарея должна быть совместима с предполагаемой системой зарядки.

Предоставлять:

• Тип зарядного устройства;

• Выходное напряжение зарядного устройства;

• Максимальный зарядный ток;

• Способ зарядки;

• Требования к пополнению баланса;

• Разъем для зарядки;

• Температурные пределы зарядки;

• Ожидаемое время зарядки;

• Происходит ли зарядка внутри устройства.

Производитель аккумулятора должен понимать, как вместе работают зарядное устройство, аккумулятор, система защиты и устройство. Спецификация аккумулятора, в которую не входит зарядное устройство, может быть неполной.

Зарядное устройство не следует выбирать только по номинальной емкости аккумулятора. Он также должен соответствовать конфигурации аккумулятора, настройкам защиты, зарядному напряжению, ограничениям тока и условиям применения.

11. Подготовьте требования к тестированию и проверке.

Перед массовым производством конструкция батареи должна быть проверена на соответствие устройству.

В первоначальном описании проекта должен быть указан ожидаемый объем валидации, например:

• Тестирование мощности;

• Тестирование заряда и разряда;

• Проверка времени выполнения;

• Пиковое токовое тестирование;

• Измерение внутреннего сопротивления;

• Мониторинг температуры;

• Проверка разъемов и кабелей;

• Механическая посадка;

• Испытания на вибрацию или удар;

• Повторная зарядка и разрядка;

• Интеграционное тестирование на уровне устройства.

Условия испытаний должны быть определены как можно более четко. Результаты емкости могут варьироваться в зависимости от силы тока, температуры, напряжения отключения, метода зарядки и испытательного оборудования.

Образец должен представлять собой предполагаемую производственную конструкцию. Если элемент, защитная плата, разъем, провод или корпус изменились после тестирования, проект может потребовать дополнительной проверки или повторной проверки.

Поэтапное представление анализа требований, разработки прототипа, проверки, пилотного и массового производства см. От прототипа к массовому производству: этапы разработки нестандартных аккумуляторов.

В этой статье основное внимание уделяется информации, необходимой перед проектированием и расценками. Подробные критерии приемлемости образцов следует изложить в отдельном руководстве по проверке образцов батарей.

12. Определить потребности в соблюдении требований и документации

Требования соответствия зависят от конструкции аккумулятора, рынка назначения, категории продукта, способа транспортировки и требований клиента.

Перед составлением предложения определите, может ли проект потребовать:

• Документация по испытаниям ООН 38.3;

• паспорт безопасности безопасности или паспорт безопасности материала;

• Характеристики продукта;

• Этикетки на батареях;

• Транспортные документы;

• RoHS или другие декларации материалов;

• Требования, специфичные для рынка;

• Записи проверок, специфичные для клиента.

Покупателю также следует уточнить:

• Страны назначения;

• Способ доставки;

• Классификация продукции;

• Поставляется ли батарея установленной в оборудование;

• Нужен ли заказчику протокол испытаний или декларация;

• Должны ли документы охватывать конкретную модель батареи или производственную конструкцию.

Сертификационная и транспортная документация должна быть проверена на соответствие окончательной конструкции батареи. Документ для более раннего прототипа не может автоматически представлять собой более поздний производственный образец.

13. Контрольный список технических характеристик OEM-батареи

Прежде чем запросить ценовое предложение, подтвердите следующие пункты.

Приложение

• Имя устройства и приложение;

• Режимы работы;

• Цель времени выполнения;

• Операционная среда;

• Ожидаемый этап производства.

Электрический

• Номинальное напряжение;

• Напряжение полной зарядки;

• Емкость;

• Нормальный ток;

• Пиковый ток;

• Зарядный ток;

• Требования к обрезке.

Механический

• Максимальная длина;

• Максимальная ширина;

• Максимальная толщина;

• Максимальный вес;

• Место для разъема;

• Способ крепления;

• Кабельная трасса;

• Зазор корпуса.

Защита и интерфейс

• ПКМ или БМС;

• НТЦ;

• Балансировка ячеек;

• Коммуникация;

• Разъем;

• Длина провода;

• Положение выхода провода.

Производство и соответствие

• Количество прототипов;

• Предполагаемый объем производства;

• Примеры требований к тестированию;

• Целевой рынок;

• Требования к документации;

• Требования к упаковке и транспортировке.

Если проект переходит к котировке, следует также рассмотреть основные факторы затрат. Отдельное руководство по Стоимость индивидуального блока литиевых батарей и ценовые факторы OEM могут помочь группам по закупкам подготовиться к этому обсуждению.

Часто задаваемые вопросы

Каков первый шаг в разработке индивидуального дизайна батареи?

Первым шагом является определение области применения устройства и его электрических, механических, экологических и производственных требований. Аккумулятор следует проектировать с учетом оборудования, а не выбирать только по напряжению или емкости.

Какую информацию я должен отправить производителю аккумуляторов?

Отправьте напряжение батареи, емкость, потребляемый ток, размеры, сведения о разъеме, применение, рабочую среду, ожидаемое количество, а также любые требования PCM/BMS, тестирования или соответствия.

Можно ли изготовить литиевую батарею определенного размера?

Размеры батареи могут быть разработаны в соответствии с конструкцией устройства и доступным пространством для установки. Окончательный размер должен включать изоляцию, защитные компоненты, разъемы, кабели, допуски и монтажный зазор.

Нужно ли мне указывать BMS перед запросом ценового предложения?

Вам следует объяснить требования к устройству и защите, но, возможно, вам не потребуется самостоятельно выбирать точную модель BMS. Производитель может порекомендовать подходящий PCM или BMS после проверки конфигурации аккумулятора, тока, метода зарядки, потребностей в связи и условий эксплуатации.

Почему важны детали разъема?

Разъем влияет на электрическую совместимость, сборку, прокладку кабеля, доступное пространство и удобство обслуживания. Перед отбором проб необходимо подтвердить тип разъема, полярность, положение, длину кабеля и направление выхода провода.

Что необходимо протестировать перед массовым производством?

Образцу может потребоваться тестирование емкости, заряда и разряда, времени работы, тока, температуры, механической посадки, разъема и интеграции устройства. Окончательный план валидации должен соответствовать заявке и согласованной спецификации.

Заключение

Полная спецификация является основой успешного проекта индивидуальной литиевой батареи.

Прежде чем запрашивать предложение или образец, покупатели OEM должны определить область применения, напряжение, емкость, потребляемый ток, размеры, конструкцию батареи, разъем, систему защиты, метод зарядки, рабочую среду, требования к испытаниям, производственные ожидания и документы о соответствии.

Цель контрольного списка индивидуальной конструкции батареи не в том, чтобы заставить покупателя принимать каждое техническое решение в одиночку. Это необходимо для того, чтобы предоставить производителю аккумуляторов достаточно достоверной информации для оценки осуществимости, выявления рисков, рекомендации подходящей конструкции и подготовки более точного предложения.

Для проекта индивидуальной литиевой батареи сообщите команде разработчиков индивидуальных аккумуляторов ZERNE область применения вашего устройства, целевую емкость, напряжение, доступное место для батареи, текущую потребность, требования к разъемам, ожидаемое количество и потребности в тестировании. Команда может просмотреть первоначальную спецификацию и помочь разработать подходящее аккумуляторное решение для отбора проб и производства.