Anpassad litiumbatteridesignchecklista för OEM-projekt

Ett anpassat litiumbatteriprojekt misslyckas sällan eftersom köparen inte vet vilken kapacitet som krävs. Oftare börjar problem när den ursprungliga specifikationen är ofullständig.

Ett OEM-team kan tillhandahålla en målspänning och kapacitet men utelämna batterifacket, toppström, kontaktposition, laddningsmetod, driftstemperatur eller skyddskrav. Leverantören kan då göra en offert baserad på antaganden. Dessa antaganden kan skapa problem under provtagning, enhetsintegration eller massproduktion.

En praktisk anpassad batteridesignprocess bör därför börja med en komplett projektbeskrivning. Målet är inte att få köparen att bestämma varje teknisk detalj ensam. Målet är att tillhandahålla tillräckligt med tillförlitlig information för att tillverkaren ska kunna bedöma genomförbarheten, rekommendera en lämplig batteriarkitektur och identifiera de krav som fortfarande behöver bekräftas.

Den här checklistan täcker den viktigaste informationen som behövs innan du begär en offert eller anpassat batteriprov.

Snabbt svar: Vilken information behövs för ett anpassat litiumbatteri?

OEM-köpare bör normalt förbereda följande information:

Ju mer komplett projektinformationen är, desto lättare är det att utvärdera ett anpassat litiumjonbatteri innan design, offert, provtagning och produktion.

1. Definiera batteriapplikationen först

Batteriet bör utformas runt enheten istället för att väljas som en isolerad komponent.

Börja med att beskriva:

• Vad enheten gör;

• Hur ofta den fungerar;

• Oavsett om det fungerar kontinuerligt eller intermittent;

• Oavsett om den har viloläge och aktiva lägen;

• Oavsett om det är bärbart, fast, bärbart eller industriellt;

• Om batteriet är utbytbart eller permanent installerat;

• Om enheten kommunicerar trådlöst;

• Oavsett om batteriet utsätts för vibrationer, stötar, fukt eller temperaturförändringar.

Till exempel kan en GPS-spårare tillbringa större delen av sin tid i standby, men kräver korta perioder med högre ström för positionering och dataöverföring. En medicinsk produkt kan kräva stabil effekt och noggrant kontrollerat skydd. En bärbar produkt kan lägga större vikt vid tjocklek, vikt, flexibilitet och komfort.

Applikationsinformationen hjälper tillverkaren att utvärdera förhållandet mellan kapacitet, aktuell efterfrågan, storlek, skydd och förväntad körtid.

2. Bekräfta spänningskraven

Spänning är en av de första specifikationerna som måste bekräftas.

Specifikationen bör skilja mellan:

• Nominell spänning;

• Normal driftspänning;

• Full laddningsspänning;

• Brytspänning;

• Enhetens ingångsspänningsområde;

• Krav på laddare.

En enhet kan utformas kring ett encellsbatteri eller ett flercellsbatteri. Den erforderliga spänningen kan påverka cellkonfigurationen, skyddskretsen, laddningssystemet, kontakten och batterihanteringsstrategin.

Ange inte bara en fras som '12 V batteri' utan att förklara hur enheten och laddaren använder den spänningen. Tillverkaren behöver också veta om enheten accepterar spänningsvariationer under urladdning och om en reglerad utgång krävs.

En spänningsfel kan resultera i:

• Laddningsinkompatibilitet;

• Avstängning av enheten;

• Minskad användbar kapacitet;

• Överdriven nuvarande efterfrågan;

• Aktivering av skydd;

• Ytterligare kraftomvandlingskrav.

Spänningen bör därför ses över tillsammans med enhetens strömingång och laddningsdesign.

3. Ange kapacitets- och energikrav

Kapaciteten uttrycks vanligtvis i milliampere-timmar eller mAh. Större kapacitet kan stödja längre körtid, men det kan också öka batteristorlek, vikt, kostnad och laddningstid.

Ange följande information om möjligt:

• Erforderlig kapacitet i mAh eller Ah;

• Mål körtid;

• Genomsnittlig driftström;

• Standby-ström;

• Toppströms varaktighet;

• Arbetscykel;

• Förväntad batterireserv;

• Laddningsfrekvens;

• Acceptabel batterivikt.

För applikationer med högre effekt kan det också vara användbart att diskutera energi i wattimmar:

Energi (Wh)=Nominell spänning (V)×Kapacitet (Ah)

Ett batteris användbara drifttid beror inte bara på dess nominella kapacitet utan också på enhetens belastning, driftstemperatur, urladdningshastighet, avstängningsinställningar, laddningsförhållanden och systemeffektivitet.

En användbar OEM-specifikation bör inte bara ange:

Erforderligt batteri: 3,7 V, 2 000 mAh.

Det borde förklara:

Enheten kräver ett uppladdningsbart batteri med en nominell spänning som är kompatibel med systemet, en målkapacitet på cirka 2 000 mAh, en definierad driftström, ett toppströmskrav och en minsta förväntad drifttid under specificerade driftsförhållanden.

Den slutliga kapaciteten bör bekräftas genom provprov i stället för att endast väljas från ett katalogvärde.

4. Definiera Normal, Kontinuerlig och Toppström

Strömbehovet påverkar cellval, spänningsfall, internt motstånd, skyddsinställningar och termiskt beteende.

Designbeskrivningen bör separera:

• Normal driftström;

• Kontinuerlig maximal ström;

• Toppström;

• Start- eller startström;

• Toppströms varaktighet;

• Frekvens av topphändelser;

• Laddström.

En enhet som förbrukar en låg medelström kan fortfarande kräva ett batteri som kan leverera en mycket högre korttidsström. Om detta inte identifieras under designstadiet kan batteriet uppleva överdriven spänningsnedgång eller utlösa överströmsskydd.

Toppström bör beskrivas med en tidsperiod. Till exempel:

• 2 A för normal drift;

• 5 A topp i 3 sekunder;

• Topphändelse upprepas en gång var tionde minut.

Denna information är mer användbar än ett allmänt uttalande som 'högströmsbatteri'.

5. Mät det tillgängliga batteriutrymmet

Mekanisk passform är en central del av anpassad batteridesign.

Ge en ritning, 3D-modell eller exakta mått av batterifacket, inklusive:

• Maximal längd;

• Maximal bredd;

• Maximal tjocklek;

• Tillgänglig höjd;

• Installationsriktning;

• Monteringspunkter;

• Retentionsmetod;

• Frigång runt batteriet;

• Utrymme för skyddstavlan;

• Utrymme för kontakten och kablarna;

• Kabeldragning;

• Tillgång för utbyte eller inspektion.

Mät inte bara det tomma facket. Designen bör också överväga:

• Isolering;

• Skyddsmaterial;

• Anslutningshöjd;

• Kabelböjningsradie;

• Tillverkningstolerans;

• Monteringsavstånd;

• Värmeavledning;

• Mekanisk kompression;

• Möjlig dimensionsvariation under tillverkning.

För kompakta produkter kan en skillnad i anslutningsposition eller kabeluttagsriktning hindra batteriet från att passa även när celldimensionerna verkar korrekta.

ZERNE's anpassade litiumbatterilösningar kan utvärderas enligt erforderliga dimensioner, kapacitet, skyddssystem, kontaktdon och applikationsförhållanden. Den slutliga designen måste fortfarande bekräftas mot den faktiska enhetens hölje.

6. Bestäm batteriets form och struktur

Ett anpassat litiumbatteri kan använda ett standard rektangulärt format, ett tunt format, en böjd design eller annan form som passar utrustningen.

Specifikationen ska identifiera om batteriet behöver:

• En standard rektangulär form;

• En tunn och platt struktur;

• En böjd eller formad form;

• Ett flercellsbatteri;

• Ett avtagbart fodral;

• Ett styvt hölje;

• En anpassad monteringsstruktur;

• En speciell cellorientering.

Valet bör baseras på enhetens struktur och produktionskrav. En helt anpassad form kan förbättra utrymmesutnyttjandet, men det kan också påverka verktyg, montering, inspektion, förpackning och produktionskonsistens.

För ett vanligt rektangulärt fack kan en standardstruktur vara mer praktisk. För oregelbundna eller mycket kompakta enheter kan ett format eller tunt batteri ge bättre integration.

Innan de förbinder sig till en helt anpassad struktur kan OEM-team också jämföra avvägningarna mellan en anpassat litiumbatteri och ett standardbatteripaket.

Designen bör också definiera om batteripaketet kräver:

• Serieanslutning;

• Parallell anslutning;

• Serieparallell konfiguration;

• Cellmatchning;

• En separat skyddstavla;

• En kommunikationsaktiverad BMS.

7. Ange kontakt och ledning

Kontakten är en del av batterigränssnittet och bör bekräftas före provtagning.

Förse:

• Anslutningsmärke eller serie vid behov;

• Antal stift;

• Kontaktens orientering;

• Kontaktens plats;

• Kabellängd;

• Trådmätare;

• Trådutgångsriktning;

• Polaritet;

• Balansera ledningskrav;

• Laddningsledning och urladdningsledningsarrangemang.

Ett batteri kan ha rätt spänning och kapacitet men misslyckas fortfarande med enhetsintegration eftersom kontakten inte är kompatibel med moderkortet eller för att kabeln går ut från fel sida.

Anslutningen bör granskas tillsammans med:

• Tillgängligt utrymme;

• Insättningsriktning;

• Låsningsmetod;

• Vibrationsförhållanden;

• Monteringssekvens;

• Servicekrav;

• Erforderlig ström.

För mer detaljerade anslutningsöverväganden, se LiPo batterikontakter och anpassade ledningsalternativ.

8. Definiera PCM-, BMS- och temperaturavkänningskrav

Skyddssystemet bör väljas enligt batteriarkitekturen och enhetens krav.

Designbriefen ska klargöra om projektet behöver:

• Överladdningsskydd;

• Överurladdningsskydd;

• Överströmsskydd;

• Kortslutningsskydd;

• Temperaturövervakning;

• Cellbalansering;

• Information om kostnadsnivå;

• Kommunikationsfunktioner;

• Kontroll av laddning och urladdning;

• Ett smart batterigränssnitt.

Ett encellsbatteri kan använda en skyddskrets med relativt enkla funktioner. Ett flercellsbatteri kan kräva ett mer avancerat BMS för cellövervakning, balansering, felregistrering, kommunikation eller systemintegration.

Köparen bör också förklara skyddssystemets roll:

• Styrs laddaren av batteriet?

• Behöver enheten information om batteristatus?

• Krävs en NTC?

• Kommunicerar enheten via SMBus, CAN eller något annat protokoll?

• Behöver BMS placeras inuti eller utanför batterihöljet?

För en allmän förklaring av val av skyddssystem, länk till PCM vs. BMS för LiPo-batterier.

9. Beskriv driftsmiljön

Batteriprestanda och designkrav kan förändras avsevärt med driftsmiljön.

Specifikationen bör innehålla:

• Drifttemperaturområde;

• Lagringstemperatur;

• Laddningstemperatur;

• Fuktighet;

• Vibration;

• Chock;

• Exponering för damm eller vatten;

• Höjd över havet;

• Användning inomhus eller utomhus;

• Förväntad livslängd;

• Lagringstid före installation.

Temperaturen är särskilt viktig eftersom laddnings- och urladdningsförhållandena kanske inte är desamma. Ett batteri som används utomhus, inuti en industriell enhet eller nära en värmealstrande komponent kan behöva ytterligare termisk utvärdering.

Designen bör också identifiera om batterifacket är:

• Helt inneslutet;

• Ventilerad;

• Nära en värmekälla;

• Utsätts för direkt solljus;

• Med förbehåll för upprepade mekaniska rörelser.

Dessa detaljer bör övervägas innan du väljer cell, skyddssystem, hölje och testplan.

10. Bekräfta laddningskrav

Ett anpassat batteri ska vara kompatibelt med det avsedda laddningssystemet.

Förse:

• Typ av laddare;

• Laddarens utspänning;

• Maximal laddningsström;

• Laddningsmetod;

• Balansladdningskrav;

• Laddningskontakt;

• Laddningstemperaturgränser;

• Förväntad laddningstid;

• Om laddning sker inuti enheten.

Batteritillverkaren bör förstå hur laddaren, batteriet, skyddssystemet och enheten fungerar tillsammans. En batterispecifikation som utesluter laddaren kan vara ofullständig.

Laddaren bör inte väljas endast efter nominell batterikapacitet. Den bör också matcha batterikonfigurationen, skyddsinställningarna, laddningsspänningen, strömgränserna och applikationsförhållandena.

11. Förbered test- och valideringskrav

Före massproduktion bör batteridesignen valideras mot enheten.

Den inledande projektöversikten bör identifiera det förväntade valideringsomfånget, såsom:

• Kapacitetstestning;

• Laddnings- och urladdningstestning;

• Runtime verifiering;

• Toppströmstestning;

• Mätning av inre resistans;

• Temperaturövervakning;

• Inspektion av kontakt och kabel;

• Mekanisk passform;

• Vibrations- eller slagprovning;

• Upprepad laddning och urladdning;

• Integrationstestning på enhetsnivå.

Testförhållandena bör definieras så tydligt som möjligt. Kapacitetsresultaten kan variera beroende på ström, temperatur, brytspänning, laddningsmetod och testutrustning.

Provet ska representera den avsedda produktionsdesignen. Om cellen, skyddskortet, kontakten, ledningen eller höljet ändras efter testning, kan projektet kräva ytterligare granskning eller förlängning.

För en stegvis översikt över kravgranskning, prototyputveckling, validering, pilotproduktion och massproduktion, se Från prototyp till massproduktion: anpassade batteriutvecklingsstadier.

Den här artikeln fokuserar på information som behövs innan design och offert. Detaljerade kriterier för provacceptans bör hanteras i en separat valideringsguide för batteriprov.

12. Identifiera efterlevnads- och dokumentationsbehov

Efterlevnadskrav beror på batterikonstruktion, destinationsmarknad, produktkategori, transportmetod och kundkrav.

Innan offert, identifiera om projektet kan kräva:

• UN 38.3 testdokumentation;

• SDS eller MSDS;

• Produktspecifikationer;

• Batterietiketter;

• Transportdokument;

• RoHS eller andra materialdeklarationer;

• Marknadsspecifika krav;

• Kundspecifika inspektionsprotokoll.

Köparen bör också klargöra:

• Destinationsländer;

• Fraktmetod;

• Produktklassificering;

• Om batteriet levereras installerat i utrustning;

• Om kunden behöver en testrapport eller deklaration;

• Huruvida dokument måste täcka en specifik batterimodell eller produktionsdesign.

Certifiering och transportdokumentation bör ses över mot den slutliga batterikonstruktionen. Ett dokument för en tidigare prototyp kanske inte automatiskt representerar en senare produktionsdesign.

13. Checklista för OEM-batterispecifikationer

Innan du begär en offert, bekräfta följande punkter.

Ansökan

• Enhetens namn och applikation;

• Driftlägen;

• Körtidsmål;

• Driftmiljö;

• Förväntat produktionsskede.

Elektrisk

• Nominell spänning;

• Full laddningsspänning;

• Kapacitet;

• Normal ström;

• Toppström;

• Laddström;

• Avgränsningskrav.

Mekanisk

• Maximal längd;

• Maximal bredd;

• Maximal tjocklek;

• Viktgräns;

• Kontaktutrymme;

• Monteringsmetod;

• Kabelväg;

• Kapslingsavstånd.

Skydd och gränssnitt

• PCM eller BMS;

• NTC;

• Cellbalansering;

• Kommunikation;

• Anslutning;

• Trådlängd;

• Trådutgångsläge.

Produktion och efterlevnad

• Prototyp kvantitet;

• Beräknad produktionsvolym;

• Provtestkrav;

• Målmarknad;

• Dokumentationsbehov;

• Krav på förpackning och frakt.

Om projektet går mot offert, bör de huvudsakliga kostnadsdrivkrafterna också ses över. En separat guide på anpassade litiumbatteripaket och OEM-prissättningsfaktorer kan hjälpa inköpsteam att förbereda sig för den diskussionen.

FAQ

Vad är det första steget i anpassad batteridesign?

Det första steget är att definiera enhetsapplikationen och dess elektriska, mekaniska, miljömässiga och produktionskrav. Ett batteri bör konstrueras runt utrustningen snarare än att endast väljas utifrån spänning eller kapacitet.

Vilken information ska jag skicka till en anpassad batteritillverkare?

Skicka batterispänning, kapacitet, strömbehov, dimensioner, kontaktdetaljer, applikation, driftsmiljö, förväntad kvantitet och eventuella PCM/BMS-, test- eller överensstämmelsekrav.

Kan ett anpassat litiumbatteri göras till en viss storlek?

Anpassade batteridimensioner kan utvecklas enligt enhetens struktur och tillgängligt installationsutrymme. Den slutliga storleken måste inkludera isolering, skyddskomponenter, kontakter, kablar, toleranser och monteringsavstånd.

Behöver jag ange BMS innan jag begär en offert?

Du bör förklara enheten och skyddskraven, men du kanske inte behöver välja den exakta BMS-modellen själv. Tillverkaren kan rekommendera en lämplig PCM eller BMS efter att ha granskat batterikonfiguration, ström, laddningsmetod, kommunikationsbehov och driftsförhållanden.

Varför är kontaktdetaljer viktiga?

Kontakten påverkar elektrisk kompatibilitet, montering, kabeldragning, tillgängligt utrymme och servicebarhet. Kontakttyp, polaritet, position, kabellängd och ledningsutgångsriktning bör bekräftas före provtagning.

Vad ska testas innan massproduktion?

Provet kan behöva testa kapacitet, laddning och urladdning, körtid, ström, temperatur, mekanisk passning, kontakt och enhetsintegration. Den slutliga valideringsplanen bör matcha ansökan och överenskommen specifikation.

Slutsats

En komplett specifikation är grunden för ett framgångsrikt anpassat litiumbatteriprojekt.

Innan de begär en offert eller prov, bör OEM-köpare definiera applikation, spänning, kapacitet, aktuell efterfrågan, dimensioner, batteristruktur, kontakt, skyddssystem, laddningsmetod, driftsmiljö, testkrav, produktionsförväntningar och överensstämmelsedokument.

Syftet med en checklista för anpassad batteridesign är inte att tvinga köparen att fatta varje tekniskt beslut ensam. Det är för att ge batteritillverkaren tillräckligt med tillförlitlig information för att bedöma genomförbarheten, identifiera risker, rekommendera en lämplig design och förbereda en mer exakt offert.

För ett anpassat litiumbatteriprojekt, dela din enhetsapplikation, målkapacitet, spänning, tillgängligt batteriutrymme, aktuell efterfrågan, kontaktkrav, förväntad kvantitet och testbehov med ZERNEs anpassade batteriteknikteam. Teamet kan granska den initiala specifikationen och hjälpa till att utveckla en lämplig batterilösning för provtagning och produktion.