Как выбрать литий-ионную аккумуляторную батарею для OEM-устройства

Перезаряжаемую литий-ионную аккумуляторную батарею следует выбирать как часть всей системы устройства. Напряжение, емкость, ток, размеры, разъем, схема защиты и зарядное устройство — все это влияет на надежность работы готового продукта.

Аккумуляторная батарея, которая в каталоге кажется подходящей, может все равно не соответствовать требованиям OEM-устройства. Он может подходить электрически, но не механически, обеспечивать достаточную номинальную мощность, но не достаточный пиковый ток, или работать во время лабораторных испытаний, но для производства потребуется другая система BMS или разъем.

По этой причине команды OEM должны оценивать аккумуляторную батарею в соответствии с фактическими условиями эксплуатации устройства, а не выбирать только по мАч или физическому размеру.

ЦЕРНЕ обеспечивает литиевые аккумуляторные батареи для применений, требующих индивидуального напряжения, емкости, размеров, систем защиты и конфигураций разъемов.

Быстрый ответ: как выбрать литий-ионную аккумуляторную батарею?

Выбирайте аккумуляторную литий-ионную аккумуляторную батарею в следующем порядке:

1. Определите диапазон напряжения и архитектуру питания устройства.

2. Измерьте нормальный, максимальный и пиковый ток.

3. Установите необходимое время работы и целевое энергопотребление.

4. Проверьте батарейный отсек, размеры, прокладку кабеля и ограничение по весу.

5. Выберите подходящую конфигурацию элементов и химический состав батареи.

6. Подберите BMS, PCM, зарядное устройство и разъем к упаковке.

7. Подтвердите рабочую температуру и условия окружающей среды.

8. Испытайте образцы прототипа внутри реального устройства.

9. Проверьте согласованность производства, документацию и поддержку настройки.

10. Окончательный вариант аккумуляторной батареи утверждается только после электрической, механической и системной проверки.

Лучший аккумулятор – это не обязательно аккумулятор самой высокой емкости. Это тот, который одновременно удовлетворяет требованиям устройства по напряжению, энергии, току, механическим требованиям, безопасности и производству.

1. Начните с требований к OEM-устройству

Прежде чем обращаться к поставщику аккумуляторов, подготовьте список основных требований к устройству.

Эта информация позволяет поставщику оценить батарею как интегрированный компонент, а не предлагать стандартную упаковку.

Более широкое объяснение того, как эти требования связаны с дизайном упаковки, см. Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока: напряжение, емкость, BMS и время работы.

2. Сопоставьте напряжение батареи с устройством.

Напряжение является первым условием электрического экранирования.

Выбранный аккумуляторный блок должен оставаться в пределах допустимого входного диапазона главного устройства во время разрядки и зарядки. Устройство, предназначенное для одноэлементной литиевой батареи, может не работать с многоэлементной батареей без подходящей схемы управления питанием.

При определении напряжения проверьте:

• номинальное напряжение батареи;

• полностью заряженное напряжение;

• минимальное разрядное напряжение;

• диапазон входного напряжения устройства;

• требования к преобразователю или регулятору;

• выходное напряжение зарядного устройства;

• Настройки отсечки BMS.

Например, аккумулятор, обозначенный как 7,4 В, имеет номинальное напряжение, но его напряжение меняется во время зарядки и разрядки. Устройство должно быть рассчитано на полный рабочий диапазон, а не только на номинальное значение.

Если в проекте сравниваются распространенные многосотовые конфигурации, подробные В руководстве по последовательному и параллельному аккумулятору объясняется, как расположение элементов влияет на напряжение и емкость. В настоящем процессе выбора эта конфигурация должна использоваться только как входные данные для более широкого решения об устройстве.

3. Оцените мощность и требования к энергии.

Емкость аккумулятора обычно выражается в ампер-часах или миллиампер-часах. Энергия обычно выражается в ватт-часах.

Предварительная оценка энергопотребления:

Энергия (Втч) = Напряжение (В) × Емкость (Ач).

Например:

7,4 В × 2 Ач = 14,8 Втч.

Это расчет номинальной энергии. Полезная энергия может быть ниже по следующим причинам:

• потери преобразователя;

• напряжение отсечки разряда;

• температура;

• старение аккумулятора;

• текущая нагрузка;

• пределы защиты;

• эффективность работы устройства.

Поэтому емкость следует выбирать на основе фактической потребности в полезной энергии, а не только напечатанного значения мАч.

Более подробный расчет см. Как рассчитать емкость литий-ионного аккумулятора.

4. Определите цель времени выполнения

Одна и та же емкость аккумулятора может обеспечивать разное время работы в разных изделиях. Устройство со стабильной маломощной нагрузкой ведет себя иначе, чем моторизованное устройство с частыми пиками тока.

Предварительную оценку времени работы можно записать как:

Время работы ≈ Полезная энергия аккумулятора ÷ Средняя мощность устройства.

Конечный результат зависит от реального профиля нагрузки устройства. Инженеры должны различать:

• ток ожидания;

• нормальный рабочий ток;

• максимальный длительный ток;

• пиковый или пусковой ток;

• рабочий цикл;

• интервалы сна и бодрствования.

Аккумуляторный блок, соответствующий среднему целевому времени автономной работы, может оказаться непригодным, если он не может поддерживать устройство во время пиковой нагрузки.

Подробный Руководство по расчету времени работы литиевой аккумуляторной батареи более подробно описывает факторы расчета. На этапе выбора ключевой вопрос заключается в том, обеспечивает ли блок-кандидат достаточную полезную энергию в реальных условиях эксплуатации.

5. Проверьте возможность непрерывного и пикового разряда.

Емкость и пропускная способность имеют разные характеристики.

Аккумулятор большой емкости может не подойти для устройства высокой мощности, если его элементы, схема защиты или проводка не могут поддерживать необходимый ток. И наоборот, аккумулятор с высоким разрядом может обеспечить больший ток, чем необходимо, при этом увеличивая стоимость, вес или тепловые требования.

Документ:

• средний ток разряда;

• максимальный длительный ток;

• пиковый ток;

• пиковая продолжительность;

• пусковой или пусковой ток;

• частота повторений;

• устойчивость к провалам напряжения.

Батарейный блок следует оценивать на уровне системы. Возможности ячейки, ограничения BMS, номинал разъема, размер кабеля и температурные условия — все это влияет на фактическую производительность.

Для сильноточных проектов поставщик должен подтвердить условия испытаний, используемые для любого разряда или номинального тока. Номинальные характеристики без учета температуры испытания, напряжения отключения и продолжительности трудно точно сравнить.

6. Выберите формат ячейки и химический состав батареи.

Формат ячейки влияет на плотность энергии, форму, вес, термическое поведение и гибкость упаковки.

Литий-полимерные аккумуляторные батареи

Литий-полимерные аккумуляторные батареи часто подходят, когда устройству требуется:

• тонкая или нестандартная форма;

• эффективное использование вольерного пространства;

• гибкая длина, ширина или толщина;

• низкопрофильная интеграция;

• нестандартное расположение кабеля или разъема.

Цилиндрические литий-ионные элементы

Цилиндрические ячейки могут быть уместны, если конструкция требует:

• стандартизированный цилиндрический формат;

• жесткая клеточная структура;

• последовательное и параллельное расположение пакетов;

• сменная или модульная конструкция упаковки;

• больший аккумуляторный отсек.

Выбор должен основываться на упаковке устройства, силе тока, энергопотреблении и производственных требованиях. Его не следует делать только из номинальной емкости одной ячейки.

Если в проекте сравниваются карманная и цилиндрическая конфигурации, поставщик должен оценить готовый аккумуляторный блок, а не сравнивать только количество отдельных ячеек.

7. Подтвердите размеры и вес батареи.

Аккумулятор должен соответствовать корпусу продукта, не создавая проблем с сжатием, перемещением или прокладкой кабелей.

Предоставьте поставщику:

• максимальная толщина;

• допустимая длина и ширина;

• форма батарейного отсека;

• зазор разъема;

• зона изгиба кабеля;

• способ крепления;

• требования к амортизации или удержанию;

• максимальный вес.

Номинальные размеры батареи могут не соответствовать полностью установленному размеру. Разъем, защитная плата, провода, изоляция, клей, пенопласт и механические крепления также требуют места.

Батарея, помещающаяся в пустой корпус, может мешать:

• шурупы или крепежные детали;

• дисплейные модули;

• антенны;

• движущиеся части;

• тепловыделяющие компоненты;

• ребра корпуса;

• зоны доступа к услугам.

Для устройств со строгими ограничениями по упаковке следует проверить батарейный отсек вместе с зазор, припуск на сжатие и отек.

8. Сопоставьте BMS и систему защиты.

Перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор обычно требует системы защиты или управления, соответствующей его конфигурации и применению.

В зависимости от конструкции в упаковке может потребоваться:

• защита от перезаряда;

• защита от переразряда;

• защита от перегрузки по току;

• защита от короткого замыкания;

• мониторинг температуры;

• балансировка клеток;

• оценка состояния;

• коммуникационные функции;

• контроль зарядки.

Правильная конструкция защиты зависит от количества ячеек, химического состава, потребляемого тока, требований к зарядному устройству и хост-устройству.

Для простого блока с двумя проводами питания может потребоваться иная система защиты, чем для интеллектуального аккумулятора с возможностью связи и мониторинга отдельных ячеек.

BMS должна быть указана вместе с:

• конфигурация ячейки;

• зарядный ток;

• ток разряда;

• требования к датчикам температуры;

• протокол связи;

• распиновка разъема;

• логика управления на стороне устройства.

Статья PCM и BMS для LiPo аккумуляторов могут помочь прояснить разницу между базовой защитой и более продвинутой системой управления.

9. Проверьте способ зарядки.

Аккумуляторная батарея должна быть совместима с зарядным устройством и архитектурой зарядки главного устройства.

Подтверждать:

• выходное напряжение зарядного устройства;

• зарядный ток;

• способ зарядки;

• требования к пополнению баланса;

• пределы температуры зарядки;

• разъем на стороне зарядного устройства;

• метод прекращения заряда;

• происходит ли зарядка внутри или снаружи устройства.

Зарядное устройство должно соответствовать количеству ячеек аккумуляторной батареи и требованиям к зарядке. Подходящий разъем для разрядки не означает автоматически, что аккумулятор пригоден для зарядки через тот же интерфейс.

Команда разработчиков также должна подтвердить, поддерживает ли устройство:

• зарядка во время работы;

• съемная зарядка аккумулятора;

• внешние зарядные станции;

• USB-зарядка;

• специальные зарядные устройства для аккумуляторов;

• связь между зарядным устройством и BMS.

Зарядку следует проверять вместе с готовым аккумулятором, BMS, зарядным устройством и устройством.

10. Выберите разъем и конфигурацию кабеля.

Разъем влияет как на электрические характеристики, так и на механическую интеграцию.

Указать:

• семейство разъемов или точный номер детали;

• ответный разъем;

• текущие потребности;

• требование напряжения;

• количество контактов;

• распределение мощности и сигнала;

• длина кабеля;

• калибр проволоки;

• направление выхода кабеля;

• запирание и кодирование;

• доступное место для установки.

Для одного и того же аккумуляторного блока может потребоваться разное расположение разъемов для разных хост-устройств. В компактном носимом изделии приоритет может отдаваться низкопрофильному разъему, в то время как промышленному изделию может потребоваться более сильное удержание и больший путь тока.

Подробный процесс принятия решения о соединителе см. Как выбрать разъем для индивидуального литиевого аккумулятора.

11. Учитывайте рабочую температуру и окружающую среду.

Производительность аккумулятора меняется в зависимости от температуры. Приложение устройства должно определять, где аккумулятор будет работать, заряжаться и храниться.

Учитывать:

• нормальная рабочая температура;

• минимальная и максимальная рабочая температура;

• температура зарядки;

• температура хранения;

• воздействие вибрации;

• влага или пыль;

• повторяющееся механическое движение;

• тепло от близлежащей электроники;

• теплоизоляция внутри корпуса.

Холодные условия могут снизить доступную мощность и увеличить внутреннее сопротивление. Высокие температуры могут ускорить старение и повысить требования к терморегулированию.

Поставщик батареи должен вместе оценить элемент, BMS, разъем, корпус и условия зарядки. Заявку на температуру следует привязывать к окончательной конфигурации и условиям испытаний, а не применять в целом к ​​каждому аккумуляторному блоку.

12. Выбирайте между стандартными и нестандартными аккумуляторными блоками.

Стандартная перезаряжаемая литий-ионная аккумуляторная батарея может подойти в следующих случаях:

• напряжение и мощность уже соответствуют устройству;

• размеры подходят без доработок;

• разъем совместимый;

• текущие возможности достаточны;

• не требуется специальная BMS;

• ожидаемое количество и предложение стабильны.

Пользовательский пакет более уместен, когда устройству требуется:

• необычные размеры;

• фигурная или тонкая батарейка;

• определенная длина кабеля;

• специальный разъем;

• многоячеечная серия и параллельная конфигурация;

• более высокая скорость разряда;

• специальная защита;

• измерение температуры;

• коммуникационные функции;

• новый корпус для конкретного продукта.

Страница коммерческих аккумуляторных блоков является подходящим местом для общего спроса на продукцию, в то время как Индивидуальные решения для аккумуляторов более актуальны, когда аккумулятор должен быть спроектирован специально для устройства.

13. Оцените поддержку OEM поставщика.

Выбор аккумуляторной батареи также означает оценку того, сможет ли поставщик поддержать проект помимо типового предложения.

Спросите поставщика о:

• выбор ячеек;

• конструкция аккумуляторного блока;

• Интеграция BMS или PCM;

• настройка разъема и кабеля;

• выборка прототипа;

• электрические испытания;

• проверка механической посадки;

• стабильность производства;

• входной контроль материалов;

• проверка груза;

• техническая документация;

• инженерные изменения;

• сопровождение во время опытного производства.

Поставщик должен быть в состоянии объяснить, как утвержденный образец становится конфигурацией массового производства.

Более широкий взгляд на переход от прототипа к производству см. Процесс производства литий-ионных аккумуляторов для OEM-проектов.

14. Проверьте аккумулятор внутри устройства.

Аккумуляторный блок не должен утверждаться только на основании спецификации поставщика. Окончательный образец должен быть протестирован на реальном OEM-устройстве.

Электрическая проверка

Проверять:

• диапазон напряжения;

• поведение заряда;

• производительность разряда;

• нормальный ток;

• пиковый ток;

• провал напряжения;

• реакция защиты аккумулятора;

• совместимость зарядного устройства;

• Связь BMS, где это применимо.

Механическая проверка

Проверять:

• корпус подходит;

• сопряжение разъемов;

• прокладка кабеля;

• сохранение батареи;

• давление или движение внутри отсека;

• доступ для сборки и обслуживания;

• взаимодействие с окружающими частями.

Проверка времени выполнения

Измерьте фактическое время работы устройства по следующим параметрам:

• нормальная работа;

• работа с высокой нагрузкой;

• циклы ожидания или сна;

• повторный запуск;

• реалистичные температурные условия.

Проверка производства

Подтверждать:

• размеры остаются постоянными;

• положение разъема и кабеля повторяется;

• этикетки и маркировка полярности верны;

• компоненты защиты соответствуют утвержденному образцу;

• доступны протоколы испытаний;

• технические изменения требуют одобрения.

Существующие Контрольный список проверки образцов индивидуальной батареи представляет собой полезную справочную информацию для утверждения перед производством.

15. Распространенные ошибки выбора

Выбор только по мАч

Более высокая емкость не гарантирует более продолжительное время работы, если аккумулятор слишком велик, слишком тяжел или несовместим с напряжением устройства.

Игнорирование пикового тока

Средний ток может выглядеть приемлемым, в то время как запуск или нагрузки двигателя вызывают провал напряжения или защитное отключение.

Рассматривая номинальное напряжение как полный рабочий диапазон

Устройство должно соответствовать напряжению зарядки, напряжению разряда и условиям отключения.

Выбор аккумулятора перед проверкой корпуса

Механические конфликты часто возникают после того, как разъем, BMS и кабель входят в комплект поставки.

Выбор BMS слишком поздно

BMS может влиять на текущую мощность, распиновку разъема, поведение при зарядке и размеры упаковки.

Утверждение образца без его тестирования в устройстве

Сами по себе стендовые испытания могут не выявить помехи в кабеле, накопление тепла, конфликты сигналов или поведение при выключении на стороне устройства.

Сравнение поставщиков только по цене за единицу

Более низкая первоначальная цена может не включать техническую поддержку, отбор проб, валидацию, документацию или согласованность производства.

16. Контрольный список выбора OEM-аккумулятора

Прежде чем утвердить аккумуляторную литий-ионную аккумуляторную батарею, подтвердите:

• Диапазон напряжения устройства документирован.

• Номинальное и максимальное напряжение батареи совместимы.

• Определяются средний, продолжительный и пиковый ток.

• Целевое время выполнения основано на реальной мощности устройства.

• Размеры батареи включают разъем и BMS.

• Вес находится в пределах допустимого для устройства.

• Формат и конфигурация ячейки подходят.

• Требования BMS или PCM подтверждены.

• Совместимость зарядного устройства проверена.

• Разъем, длина кабеля и распиновка утверждены.

• Определены диапазоны рабочих температур и температур зарядки.

• Образцы-прототипы проходят испытания на реальном устройстве.

• Требования к производственному контролю документированы.

• Согласование технических изменений согласовывается с поставщиком.

Часто задаваемые вопросы

Какова наиболее важная характеристика при выборе литий-ионной аккумуляторной батареи?

Совместимость по напряжению является первым требованием, но перед утверждением также необходимо оценить ток, полезную энергию, размеры, BMS, зарядное устройство, разъем и рабочую среду.

Какая емкость аккумулятора требуется OEM-устройству?

Емкость зависит от средней мощности устройства, требуемого времени работы, эффективности системы, ограничения разряда и условий эксплуатации. Напечатанное значение мАч не следует рассматривать как точную полезную емкость готового продукта.

Подходит ли стандартный аккумулятор для OEM-производства?

Стандартная упаковка может подойти, если ее напряжение, емкость, размеры, ток, разъем, условия защиты и питания соответствуют устройству. Настройка часто необходима, когда устройство имеет ограниченное пространство или особые электрические требования.

Всем ли литий-ионным аккумуляторным блокам требуется BMS?

Требуемая система защиты и управления зависит от конфигурации элемента, химического состава, зарядного устройства, силы тока и применения. Поставщик должен рекомендовать подходящую архитектуру защиты для готовой упаковки.

Следует ли тестировать аккумуляторную батарею перед тем, как устройство поступит в массовое производство?

Да. Перед массовым производством аккумулятор следует протестировать на реальном устройстве. Электрические, механические условия, условия зарядки, время работы и условия окружающей среды должны быть включены в план утверждения.

Какую информацию OEM-покупатель должен отправить производителю аккумуляторов?

Укажите диапазон напряжения устройства, профиль мощности и тока, целевое время автономной работы, размеры батарейного отсека, предел веса, разъем, требования к кабелю, метод зарядки, рабочую среду, ожидаемое количество и необходимые испытания.

Заключение

Выбор перезаряжаемой литий-ионной аккумуляторной батареи для OEM-устройства требует оценки на уровне системы. Напряжение и мощность являются важными отправными точками, но они являются лишь частью решения.

Окончательная упаковка также должна обеспечивать требуемый ток, соответствовать корпусу, работать с зарядным устройством, правильно взаимодействовать с устройством, где это необходимо, включать подходящую защиту и оставаться согласованной во время производства.

OEM-команды должны подготовить полный список требований и проверить батарею внутри реального устройства перед массовым производством.

Для проектов, требующих индивидуальных размеров, конфигурации элементов, BMS, конструкции разъема или кабеля, свяжитесь с ZERNE для получения поддержки индивидуального литиевого аккумулятора.