Можно ли заряжать LiPo аккумулятор без проводов? Что должны указать OEM-проектировщики

Док-станция для зарядки позволяет удалить открытый разъем питания из компактного продукта. Однако размещение LiPo-батареи внутри этого продукта не обеспечивает возможность его беспроводной подзарядки.

Беспроводная зарядка добавляет к устройству приемник, магнитные компоненты и требования к управлению. Эти дополнения конкурируют с аккумулятором за пространство и создают еще одну задачу теплового проектирования.

Для тонких продуктов тонкие литий-полимерные батареи могут помочь подобрать размер доступного аккумулятора. Полный зарядный узел по-прежнему нуждается в собственном пространстве и проверке.

В этом руководстве объясняется, что OEM-разработчики должны указать между беспроводной системой питания и аккумулятором.

Быстрый ответ: можно ли заряжать LiPo-аккумулятор без проводов?

Да. Аккумулятор LiPo можно заряжать с помощью специально разработанной системы беспроводной зарядки. Сама ячейка не получает и не регулирует беспроводную энергию.

В типичной индуктивной конструкции передатчик передает энергию катушке приемника. Электроника приемника преобразует эту энергию в полезную электроэнергию. Затем управление зарядом аккумулятора контролирует зарядку в соответствии с выбранной спецификацией элемента.

Некоторые микросхемы сочетают в себе приемник и зарядное устройство. Другие обеспечивают выход питания для отдельного зарядного устройства. Ни голую катушку, ни выход питания только приемника не следует рассматривать как зарядное устройство аккумулятора.

Отдельная беспроводная передача энергии от зарядки аккумулятора

Термин «аккумулятор для беспроводной зарядки» может скрывать несколько различных функций. Определите их индивидуально, прежде чем выбирать батарею или утверждать модуль приемника.

Один физический компонент может выполнять несколько функций. Интеграция не устраняет необходимости определять, кто контролирует каждый лимит.

Например, семейство BQ51050B от TI сочетает в себе беспроводной прием и литий-ионную/литий-полимерную зарядку. Вместо этого в эталонном дизайне TIDA-00318 от TI беспроводной приемник сочетается с отдельным одноэлементным зарядным устройством. Они иллюстрируют различные архитектуры, а не рекомендации по универсальным компонентам.

Базовая схема защиты также не заменяет нормальное регулирование зарядки. Его защитное отключение не должно стать рутинным методом прекращения каждого заряда.

Укажите предполагаемую док-станцию ​​и способ зарядки

Начните с того, как пользователи будут размещать продукт, а не просто с желаемой мощности зарядки.

Определите, должен ли продукт работать со специальной подставкой, выбранными зарядными площадками или с более широкой функциональной совместимостью. «Беспроводная связь» не означает, что каждый планшет будет заряжать каждый приемник. Разные технологии и реализации предназначены для разных продуктов.

Запишите предполагаемый передатчик, его входное питание и версию конструкции приемника. Затем задокументируйте конверт размещения пользователя:

• Предполагаемое положение покоя и ориентация.

• Допустимо боковое движение и вращение.

• Стенка корпуса и любое одобренное покрытие между теплообменниками.

• Как док-станция удерживает или направляет устройство.

• Индикация правильного размещения, зарядки и сбоя зарядки.

Плотно прилегающая подставка может сделать позиционирование предсказуемым. Это также может потребовать более продуманного механического проектирования. Плоская подставка может обеспечивать различную свободу размещения, но полезная область зарядки должна быть определена путем тестирования.

Избегайте рекламной совместимости из-за одной успешной стендовой демонстрации. Проверьте готовое изделие с помощью предполагаемого набора передатчиков.

Согласуйте выход приемника с зарядным устройством

Выходная мощность приемника и настройки заряда аккумулятора имеют разные характеристики.

Для приемника с отдельным зарядным устройством группа электроники должна подтвердить требования к входному сигналу зарядного устройства в ожидаемых условиях приемника. Проверьте запуск, нормальную работу, снижение доступной мощности и прерывание приема.

Для встроенного приемника-зарядного устройства проверьте точный вариант устройства и его поведение при зарядке. Похожие названия деталей не определяют идентичные настройки напряжения батареи.

Поставщик батареи должен предоставить утвержденные пределы зарядки выбранного элемента. Ярлык «LiPo» сам по себе не определяет их. Номинальное напряжение батареи не является напряжением регулирования заряда.

Подробный Требования к интеграции главного зарядного устройства должны охватывать обратную связь по напряжению, току, температуре и координацию защиты. Добавление беспроводного приема меняет источник входного сигнала; это не устраняет эти требования к батарее.

В этом руководстве основное внимание уделяется компактным одноэлементным продуктам. Пакету с несколькими ячейками требуется архитектура зарядки, соответствующая его конфигурации, а не предполагаемое расширение схемы приемника с одной ячейкой.

Не конвертируйте мощность док-станции непосредственно в ток батареи

Номинальная мощность передатчика не определяет ток, входящий в ячейку. Подтвердите, где измеряется каждый показатель мощности.

Полезные точки измерения включают вход передатчика, выход постоянного тока приемника, источник питания системы и клеммы аккумулятора. Записывайте их отдельно, а не применяйте одно предположение об эффективности ко всему устройству.

Доступная мощность зарядки аккумулятора также зависит от нагрузки хоста и архитектуры зарядки. Дисплей, радио или датчик, работающие на док-станции, могут потреблять часть поступающей энергии. Термоконтроль может еще больше снизить зарядку.

Для предложенного дизайна спросите:

• Какой ток батареи необходим во время основной фазы зарядки?

• Может ли ресивер одновременно поддерживать зарядное устройство и активное устройство?

• Что произойдет, если доступная мощность беспроводной сети упадет?

• Дополняет ли батарея нагрузку на систему при любых предполагаемых условиях?

• Как измеряются время зарядки и завершение зарядки?

Рассматривайте запрошенное время перезарядки как системную цель для проверки. Не рассчитывайте гарантированный результат, разделив емкость аккумулятора на заявленный выходной ток док-станции.

Зарезервируйте место для полного зарядного устройства

Тонкая ячейка — это лишь одна часть механического стека.

Включите приемную катушку, ее указанную защиту, клейкие слои, компоненты печатной платы, изоляцию и прокладку кабеля. Также учитывайте допуски готовой батареи и утвержденные припуски на размеры в течение срока ее службы.

Расстояние до катушки и близлежащие материалы могут повлиять на передачу энергии. Таким образом, прототип, использующий открытую катушку, не обеспечивает производительность, соответствующую серийному корпусу.

Проверьте установленную конструкцию, а не добавляйте произвольный зазор вокруг номинальных размеров ячейки. Требования к конструкции отсека для батареи LiPo помогают определить удержание, защиту от давления и зазор между батареями внутри этой сборки.

Не сжимайте пакет, чтобы освободить место, потерянное для катушки или печатной платы. Разрешите конфликт размеров с помощью корпуса, выбора батареи или схемы зарядки.

Относитесь к экранированию как к определенному магнитному компоненту, а не как к обычному изоляционному листу. Его материал, расположение и конструкция соответствуют утвержденной беспроводной сборке.

Проверьте нагрев батареи, а не только приемника

Беспроводная передача энергии приводит к потерям в дополнение к потерям в других частях продукта. Конструкция змеевика, расположение, экранирование и близлежащий металл могут влиять на нагрев.

Внутренняя тепловая защита микросхемы не определяет температуру батареи. Аналогичным образом, прохладная внешняя крышка не доказывает, что закрытый аккумулятор остается в утвержденных условиях зарядки.

Запланируйте измерения температуры в соответствующих местах:

• Поверхность батареи и указанный датчик батареи.

• Сборка катушки приемника.

• Приемник и зарядная электроника.

• Находящиеся поблизости компоненты тепловыделяющего устройства.

• Доступные поверхности корпуса, если это необходимо для продукта.

Записывайте температуру окружающей среды, состояние батареи, режим устройства и соответствие каждому результату. Используйте пределы, соответствующие выбранной батарее и готовому изделию, а не один универсальный температурный порог.

Интерфейс NTC батареи требует определенного считывателя и реакции. Подтвердите его электрические характеристики, расположение и устранение неисправностей с учетом конструкции зарядного устройства. Термистор сам по себе не может приостановить зарядку.

Если температурное ограничение неоднократно препятствует достижению цели перезарядки, пересмотрите всю компоновку и режим работы. Увеличение емкости аккумулятора само по себе не решит проблему недостаточной мощности зарядки или плохого управления теплом.

Проверка выравнивания, прерываний и статуса зарядки

Центрированная загрузка образца при комнатной температуре является полезной отправной точкой. Это не полный тест релиза.

Следующая таблица представляет собой практическое пособие по планированию OEM. Точные условия и пределы допуска должны определяться выбранной системой зарядки и требованиями к продукту.

Сравните индикатор зарядки с измеренным поведением батареи. Получение питания, зарядка аккумулятора и достижение полной зарядки — это отдельные состояния. Прошивка не должна представлять их как взаимозаменяемые.

Если устройство работает во время зарядки, обязательно проверьте этот режим. Включите любые ограничения рабочей нагрузки в спецификацию продукта, а не оставляйте их как неформальное инженерное предположение.

Разделяйте проверки на наличие посторонних предметов и проверку соответствия продукции

Металлические предметы в зоне передачи могут поглощать энергию и тепло. Обнаружение посторонних предметов устраняет этот риск в выбранной системе беспроводной зарядки. Оно не заменяет контроль температуры батареи.

Используйте одобренный поставщиком беспроводного решения процесс проверки и подходящие лабораторные средства контроля. Не отключайте защитные функции для успешной зарядки производственного продукта. Не проводите импровизированные испытания, помещая незакрепленный металл на зарядный узел под напряжением.

Для продукта, использующего Qi, сам по себе выбор компонентов не обеспечивает сертификацию готового продукта. Консорциум беспроводной энергии отличает компоненты от полнофункциональных передатчиков и приемников. Интеграция модуля приемника по-прежнему требует соответствующей оценки на уровне продукта.

Совместимость беспроводных сетей, безопасность аккумуляторов и транспортную документацию следует рассматривать как отдельные вопросы. Доказательства одного не должны быть представлены в качестве доказательства другого.

Аналогичным образом, удаление порта зарядки может поддержать стратегию корпуса, но не устанавливает рейтинг водонепроницаемости. Это утверждение зависит от готовой конструкции и ее соответствующих испытаний.

Подготовьте общую батарею и спецификацию беспроводной зарядки

Прежде чем запрашивать образцы аккумуляторов, отправьте поставщику аккумуляторов достаточную информацию для оценки фактического интерфейса:

• Применение продукта и предполагаемый режим работы в док-станции.

• Конфигурация ячейки, требования к напряжению и целевая емкость.

• Утвержденные требования к зарядному напряжению и зарядному току.

• Нормальная, пиковая и резервная потребность в разряде.

• Максимальные размеры готовой батареи и доступное монтажное пространство.

• Расположение катушки и приемника относительно аккумулятора.

• Распиновка разъема, длина кабеля и направление выхода провода.

• Требования PCM или BMS и интерфейс измерения температуры.

• Предполагаемая среда зарядки и измеренные температуры прототипа, если таковые имеются.

• Требования к выборочной проверке, количество и стадия проекта.

Предоставьте группе разработчиков беспроводной электроники тот же чертеж батареи и версию спецификации. Два поставщика не должны исходить из разных предположений относительно ячейки, датчика температуры или доступного пространства.

Перед отбором проб согласуйте протоколы приемки батарей. А Контрольный список тестирования аккумуляторной батареи помогает систематизировать результаты емкости, разрядки, защиты и температуры вместе с отдельными записями проверки беспроводной системы.

ZERNE поддерживает настройку аккумуляторов по размерам, емкости, защите, требованиям NTC, разъемам и кабелям. Разработка беспроводного передатчика, приемника и катушки должна иметь отдельно согласованный объем; не предполагайте, что эти функции включены в специальную ячейку или пакет.

Зафиксируйте вместе проверенные версии катушки, экрана, корпуса, аккумулятора и прошивки. Повторно оцените соответствующие испытания после изменений, которые могут повлиять на посадку, передачу мощности, чувствительность или нагрев.

Часто задаваемые вопросы

Нужен ли для беспроводной зарядки аккумулятора LiPo специальный элемент?

Ячейке не нужна внутренняя функция беспроводного приема. Для этого необходимы утвержденные спецификации зарядки, которым следует система. Формат батареи, измерение температуры и защита также должны соответствовать готовому устройству.

Могу ли я подключить беспроводной приемник напрямую к LiPo-батарее?

Нет, если это всего лишь приемник питания. Контроль зарядки аккумулятора должен присутствовать и правильно быть настроен. Некоторые ресиверы интегрируют этот контроль; перед выбором архитектуры проверьте точные требования к схеме и ячейке.

Совместима ли каждая система беспроводной зарядки LiPo-аккумулятора с зарядной панелью для телефона?

Нет. Совместимость зависит от передатчика, приемника, технологии и собранного продукта. Не следует считать, что фирменная док-станция или приемник небольшого устройства совместимы с произвольной телефонной панелью.

Всегда ли беспроводная зарядка LiPo-аккумулятора занимает больше времени, чем проводная зарядка?

Никакого универсального сравнения не применимо. Время перезарядки зависит от подаваемой мощности, пределов заряда аккумулятора, нагрузки устройства, температуры и прекращения зарядки. Сравните полные измеренные профили заряда в определенных условиях.

Можно ли разместить приемную катушку рядом с батареей или позади нее?

Местоположение требует магнитной, тепловой и механической проверки. Проверьте выбранную катушку, экранирование и расположение батареи внутри производственного корпуса. Успешный тест на открытой доске не подтверждает каждую сложенную компоновку.

Что должны указывать OEM-покупатели для продукта LiPo с беспроводной зарядкой?

Укажите предполагаемую док-станцию, пределы заряда батареи, цель перезарядки, нагрузку на устройство, свободное место для батареи, расположение катушек, обратную связь по температуре и условия проверки. Назначьте ответственность за конструкцию аккумуляторов и беспроводную электронику отдельно.

Заключение

Литий-полимерную батарею можно заряжать по беспроводной сети, если весь продукт обеспечивает совместимый беспроводной прием и соответствующий контроль заряда батареи. Инженерное решение выходит за рамки выбора элемента или добавления катушки.

Команды OEM должны определить обязанности подсистемы, сохранить полный пакет установки и проверить зарядку в реалистичных условиях выравнивания, нагрузки и температуры. Утвердите батарею и беспроводную сборку вместе, используя контролируемые изменения конструкции.

Запросить обзор характеристик батареи

Разрабатываете компактный продукт с беспроводной зарядкой? Поделитесь с ZERNE емкостью аккумулятора, пределами зарядки, профилем нагрузки, разъемом, требованиями NTC и предлагаемой схемой катушки. Запросите поддержку индивидуальной батареи LiPo, чтобы просмотреть выбор батареи и интерфейсы пакета в соответствии с дизайном зарядки вашего хоста.