Контрольний список індивідуальних літієвих батарей для проектів OEM

Індивідуальний проект літієвої батареї рідко зазнає невдачі, оскільки покупець не знає необхідної ємності. Найчастіше проблеми починаються, коли початкова специфікація неповна.

Команда OEM може надати цільову напругу та ємність, але не врахувати відсік для батареї, піковий струм, положення роз’єму, спосіб заряджання, робочу температуру чи вимоги до захисту. Потім постачальник може підготувати цінову пропозицію на основі припущень. Ці припущення можуть створити проблеми під час відбору проб, інтеграції пристрою або масового виробництва.

Таким чином, практичний процес індивідуального проектування батареї повинен починатися з повного проекту. Мета полягає не в тому, щоб змусити покупця самостійно вирішувати кожну технічну деталь. Мета полягає в тому, щоб надати достатньо надійної інформації для виробника, щоб оцінити здійсненність, порекомендувати відповідну архітектуру акумулятора та визначити вимоги, які ще потребують підтвердження.

Цей контрольний список охоплює основну інформацію, необхідну перед запитом пропозиції або індивідуального зразка батареї.

Швидка відповідь: яка інформація потрібна для індивідуальної літієвої батареї?

Покупці OEM зазвичай повинні підготувати таку інформацію:

Чим повніша інформація про проект, тим простіше оцінити індивідуальну літій-іонну батарею перед проектуванням, пропозицією, вибіркою та виробництвом.

1. Спочатку визначте застосування батареї

Акумулятор слід розробляти навколо пристрою, а не вибирати як ізольований компонент.

Почніть з опису:

• Що робить пристрій;

• Як часто працює;

• Чи працює він безперервно чи з перервами;

• Чи є у нього режим очікування та активний режим;

• Незалежно від того, чи є він портативним, стаціонарним, переносним або промисловим;

• Чи є батарея змінною чи стаціонарною;

• Чи підтримує пристрій бездротовий зв’язок;

• Незалежно від того, чи піддається батарея вібрації, ударам, волозі чи змінам температури.

Наприклад, GPS-трекер може проводити більшу частину часу в режимі очікування, але потребує коротких періодів більшого струму для позиціонування та передачі даних. Для медичного пристрою може знадобитися стабільний вихід і ретельно контрольований захист. Виріб, який можна носити, може надавати більшого значення товщині, вазі, гнучкості та комфорту.

Інформація про програму допомагає виробнику оцінити співвідношення між потужністю, поточним попитом, розміром, захистом і очікуваним часом роботи.

2. Підтвердьте вимоги до напруги

Напруга є однією з перших характеристик, які необхідно підтвердити.

У специфікації слід розрізняти:

• Номінальна напруга;

• Нормальна робоча напруга;

• Напруга повного заряду;

• Напруга відсічення;

• Діапазон вхідної напруги пристрою;

• Вимоги до потужності зарядного пристрою.

Пристрій може бути розроблено на основі одноелементної або багатоелементної батареї. Необхідна напруга може впливати на конфігурацію елемента, схему захисту, систему заряджання, роз’єм і стратегію керування акумулятором.

Не використовуйте лише такі фрази, як 'батарея 12 В', не пояснюючи, як пристрій і зарядний пристрій використовують цю напругу. Виробник також повинен знати, чи сприймає пристрій коливання напруги під час розряду та чи потрібен регульований вихід.

Невідповідність напруги може призвести до:

• Несумісність зарядки;

• Вимкнення пристрою;

• Знижена корисна ємність;

• Надмірний поточний попит;

• спрацьовування захисту;

• Додаткові вимоги до перетворення живлення.

Тому напругу слід переглядати разом із вхідною потужністю пристрою та конструкцією зарядки.

3. Вкажіть вимоги до потужності та енергії

Ємність зазвичай виражається в міліампер-годинах або мАг. Більша ємність може підтримувати довший час роботи, але також може збільшити розмір акумулятора, вагу, вартість і час заряджання.

За можливості надайте таку інформацію:

• Необхідна ємність в мАг або Аг;

• Цільовий час виконання;

• Середній робочий струм;

• Струм очікування;

• Тривалість пікового струму;

• Робочий цикл;

• Очікуваний запас батареї;

• Частота зарядки;

• Прийнятна вага акумулятора.

Для додатків з більшою потужністю також може бути корисним обговорити енергію у ват-годинах:

Енергія (Вт·год)=номінальна напруга (В)×Ємність (А·год)

Корисний час роботи акумулятора залежить не лише від його номінальної ємності, але й від навантаження пристрою, робочої температури, швидкості розряду, налаштувань відключення, умов заряджання та ефективності системи.

Корисна специфікація OEM не повинна просто вказувати:

Необхідний акумулятор: 3,7 В, 2000 мАг.

У ньому слід пояснити:

Пристрою потрібна акумуляторна батарея з номінальною напругою, сумісною з системою, цільовою ємністю приблизно 2000 мАг, визначеним робочим струмом, вимогою до пікового струму та мінімальним очікуваним часом роботи за певних робочих умов.

Остаточна потужність повинна бути підтверджена шляхом тестування зразків, а не вибрана лише з каталожного значення.

4. Визначте нормальний, безперервний і піковий струм

Потреба в струмі впливає на вибір елемента, падіння напруги, внутрішній опір, параметри захисту та термічну поведінку.

Проектне завдання має розділяти:

• Нормальний робочий струм;

• Безперервний максимальний струм;

• Піковий струм;

• Пусковий або пусковий струм;

• Тривалість пікового струму;

• Частота пікових подій;

• Струм зарядки.

Пристрою, який споживає низький середній струм, все одно може знадобитися батарея, здатна забезпечити значно більший короткочасний струм. Якщо це не виявлено на етапі проектування, батарея може зазнати надмірного падіння напруги або спрацювати захист від перевантаження по струму.

Піковий струм повинен бути описаний за періодом часу. Наприклад:

• 2 А для нормальної роботи;

• 5 А пік протягом 3 секунд;

• Пікова подія повторюється кожні 10 хвилин.

Ця інформація є більш корисною, ніж загальне твердження на кшталт 'батарея з великим струмом'.

5. Виміряйте доступний простір батареї

Механічна підгонка є основною частиною індивідуальної конструкції батареї.

Надайте малюнок, 3D-модель або точні розміри батарейного відсіку, зокрема:

• Максимальна довжина;

• Максимальна ширина;

• Максимальна товщина;

• Доступна висота;

• Напрямок монтажу;

• Точки кріплення;

• Метод утримання;

• Зазор навколо акумулятора;

• Місце для захисної дошки;

• Місце для роз'єму і проводів;

• Прокладка кабелю;

• Доступ для заміни або перевірки.

Не вимірюйте тільки порожній відсік. Дизайн також повинен враховувати:

• Ізоляція;

• Захисні матеріали;

• Висота роз'єму;

• Радіус вигину кабелю;

• Виробничий допуск;

• монтажний зазор;

• Тепловіддача;

• Механічне стиснення;

• Можливі зміни розмірів під час виробництва.

Для компактних виробів різниця в розташуванні роз’єму або напрямку виходу кабелю може перешкодити установці батареї, навіть якщо розміри елемента здаються правильними.

ЗЕРНЕ індивідуальні рішення для літієвих батарей можна оцінити відповідно до необхідних розмірів, ємності, системи захисту, роз’єму та умов застосування. Остаточна конструкція ще має бути підтверджена фактичним корпусом пристрою.

6. Визначте форму та структуру батареї

Спеціальна літієва батарея може використовувати стандартний прямокутний формат, тонкий формат, вигнуту конструкцію або іншу форму, що підходить для обладнання.

Специфікація повинна визначати, чи потребує акумулятор:

• Стандартна прямокутна форма;

• Тонка і плоска структура;

• Вигнута або фасонна форма;

• Багатоелементний акумулятор;

• Знімний чохол;

• Жорсткий корпус;

• Індивідуальна монтажна конструкція;

• Певна орієнтація клітини.

Вибір повинен ґрунтуватися на конструкції пристрою та вимогах до виробництва. Повністю налаштована форма може покращити використання простору, але також може вплинути на інструменти, збірку, перевірку, пакування та послідовність виробництва.

Для звичайного прямокутного відсіку більш практичною може бути стандартна конструкція. Для нестандартних або дуже компактних пристроїв профільна або тонка батарея може забезпечити кращу інтеграцію.

Перш ніж приступити до повністю налаштованої структури, команди OEM також можуть порівняти компроміси між нестандартний літієвий акумулятор і стандартний акумулятор.

Конструкція також повинна визначати, чи вимагає акумуляторна батарея:

• послідовне з'єднання;

• Паралельне підключення;

• Послідовно-паралельна конфігурація;

• Зіставлення клітинок;

• Окремий захисний щит;

• BMS із підтримкою зв’язку.

7. Укажіть роз’єм і проводку

Роз’єм є частиною інтерфейсу батареї, і його слід перевірити перед відбором зразків.

Надати:

• Марка або серія роз’єму, якщо потрібно;

• Кількість штифтів;

• Орієнтація роз'єму;

• розташування роз'єму;

• Довжина кабелю;

• калібр дроту;

• Напрямок виходу дроту;

• Полярність;

• Вимоги до балансу;

• Розташування зарядного та розрядного проводів.

Акумулятор може мати потрібну напругу та ємність, але все одно не вдається інтегрувати пристрій через те, що роз’єм несумісний із материнською платою або через те, що кабель виходить не з того боку.

Роз’єм слід перевіряти разом із:

• вільна площа;

• Напрямок введення;

• Метод блокування;

• Вібраційні умови;

• Послідовність складання;

• Вимоги до обслуговування;

• Необхідний струм.

Щоб отримати докладніші відомості про роз’єм, див Роз’єми акумуляторів LiPo та індивідуальні варіанти підключення.

8. Визначте вимоги до PCM, BMS і вимірювання температури

Систему захисту слід вибирати відповідно до архітектури батареї та вимог до пристрою.

У проектному завданні має бути зазначено, чи потребує проект:

• Захист від перезаряду;

• Захист від перерозряду;

• Захист від перевантаження по струму;

• Захист від короткого замикання;

• Контроль температури;

• Балансування клітин;

• Інформація про стан заряду;

• Комунікаційні функції;

• Контроль зарядки та розрядки;

• Розумний інтерфейс акумулятора.

Одноелементна батарея може використовувати схему захисту з відносно простими функціями. Для багатоелементної батареї може знадобитися більш досконала BMS для моніторингу клітин, балансування, запису несправностей, зв’язку або системної інтеграції.

Покупець також повинен пояснити роль системи захисту:

• Чи зарядний пристрій керується акумулятором?

• Чи потрібна інформація про стан акумулятора пристрою?

• Чи потрібен NTC?

• Чи зв’язується пристрій через SMBus, CAN чи інший протокол?

• Чи потрібно BMS розташовувати всередині або поза корпусом акумулятора?

Щоб отримати загальне пояснення щодо вибору системи захисту, перейдіть за посиланням PCM проти BMS для акумуляторів LiPo.

9. Опишіть робоче середовище

Ефективність батареї та вимоги до конструкції можуть суттєво змінюватися залежно від робочого середовища.

Специфікація повинна містити:

• Діапазон робочих температур;

• Температура зберігання;

• Температура зарядки;

• Вологість повітря;

• вібрація;

• шок;

• Вплив пилу або води;

• Висота над рівнем моря;

• Використання в приміщенні або на вулиці;

• Очікуваний термін служби;

• Тривалість зберігання до установки.

Температура особливо важлива, оскільки умови заряджання та розряджання можуть бути різними. Акумулятор, який використовується на відкритому повітрі, всередині промислового пристрою або поблизу компонента, що виділяє тепло, може потребувати додаткової термічної оцінки.

Конструкція також повинна визначити, чи є батарейний відсік:

• Повністю закритий;

• вентильований;

• Поруч з джерелом тепла;

• Піддається впливу прямих сонячних променів;

• Підлягає повторним механічним рухам.

Ці деталі слід враховувати перед вибором камери, системи захисту, корпусу та плану тестування.

10. Підтвердьте вимоги до зарядки

Спеціальна батарея повинна бути сумісна з передбачуваною системою заряджання.

Надати:

• Тип зарядного пристрою;

• Вихідна напруга зарядного пристрою;

• Максимальний зарядний струм;

• Спосіб зарядки;

• Вимоги до нарахування балансу;

• роз'єм зарядки;

• Обмеження температури зарядки;

• Очікуваний час зарядки;

• Чи відбувається зарядка всередині пристрою.

Виробник акумулятора повинен розуміти, як зарядний пристрій, акумулятор, система захисту та пристрій працюють разом. Специфікація батареї, яка виключає зарядний пристрій, може бути неповною.

Зарядний пристрій не слід вибирати тільки за номінальною ємністю акумулятора. Він також повинен відповідати конфігурації батареї, налаштуванням захисту, зарядній напрузі, обмеженням струму та умовам застосування.

11. Підготуйте вимоги до тестування та валідації

Перед масовим виробництвом конструкцію батареї слід перевірити на відповідність пристрою.

Початковий проектний опис має визначати очікуваний обсяг перевірки, наприклад:

• Тестування ємності;

• Перевірка заряду та розряду;

• Перевірка часу виконання;

• Випробування піковим струмом;

• вимірювання внутрішнього опору;

• Контроль температури;

• Перевірка роз'ємів і кабелів;

• Механічна посадка;

• Випробування на вібрацію або удар;

• Багаторазова зарядка і розрядка;

• Тестування інтеграції на рівні пристрою.

Умови випробування повинні бути визначені якомога чіткіше. Результати ємності можуть відрізнятися залежно від струму, температури, напруги відключення, методу заряджання та тестового обладнання.

Зразок повинен представляти передбачуваний дизайн виробництва. Якщо комірка, захисна плата, роз’єм, дріт або корпус змінюються після тестування, проект може потребувати додаткового перегляду або повторної перевірки.

Для поетапного перегляду вимог, розробки прототипу, валідації, пілотного виробництва та масового виробництва див. Від прототипу до масового виробництва: етапи розробки індивідуальних батарей.

Ця стаття присвячена інформації, яка необхідна перед проектуванням і пропозицією. Детальні критерії прийнятності зразків слід описати в окремому посібнику з перевірки зразків акумуляторів.

12. Визначте потреби в відповідності та документації

Вимоги до відповідності залежать від конструкції акумулятора, ринку призначення, категорії продукту, способу транспортування та вимог замовника.

Перед пропозицією визначте, чи може проект вимагати:

• UN 38.3 тестова документація;

• SDS або MSDS;

• Технічні характеристики товару;

• етикетки акумуляторів;

• транспортні документи;

• декларації RoHS або інші матеріали;

• Специфічні вимоги ринку;

• Записи про перевірку індивідуальних замовників.

Покупець також повинен уточнити:

• країни призначення;

• Спосіб доставки;

• Класифікація продукції;

• Чи постачається батарея встановленою в обладнанні;

• Чи потрібен клієнту протокол випробувань або декларація;

• Чи мають документи охоплювати конкретну модель батареї чи проект виробництва.

Сертифікаційна та транспортна документація повинна перевірятися на відповідність остаточній конструкції батареї. Документ для попереднього прототипу може автоматично не представляти пізніший виробничий проект.

13. Перелік специфікацій батареї OEM

Перш ніж запитувати пропозицію, підтвердьте наступні пункти.

застосування

• Назва пристрою та додаток;

• Режими роботи;

• цільове виконання;

• Операційне середовище;

• Очікувана стадія виробництва.

Електричний

• Номінальна напруга;

• Напруга повного заряду;

• Ємність;

• Нормальний струм;

• Піковий струм;

• Струм зарядки;

• Вимоги до відсікання.

Механічний

• Максимальна довжина;

• Максимальна ширина;

• Максимальна товщина;

• обмеження ваги;

• З'єднувальний простір;

• Спосіб кріплення;

• Кабельна траса;

• Зазор корпусу.

Захист та інтерфейс

• PCM або BMS;

• NTC;

• Балансування клітин;

• спілкування;

• роз'єм;

• Довжина дроту;

• Положення виходу дроту.

Виробництво та відповідність

• кількість прототипу;

• Орієнтовний обсяг виробництва;

• Вимоги до тестування зразків;

• Цільовий ринок;

• Потреба в документації;

• Вимоги до упаковки та транспортування.

Якщо проект рухається до котирування, слід також переглянути основні чинники витрат. Окреме керівництво по Вартість індивідуальної літієвої батареї та ціноутворення OEM можуть допомогти командам із закупівель підготуватися до цієї дискусії.

FAQ

Що є першим кроком у розробці нестандартного акумулятора?

Першим кроком є ​​визначення застосування пристрою та його електричних, механічних, екологічних і виробничих вимог. Акумулятор слід проектувати відповідно до обладнання, а не вибирати лише за напругою чи ємністю.

Яку інформацію я повинен надіслати виробнику акумуляторів на замовлення?

Надішліть інформацію про напругу акумулятора, ємність, поточне споживання, розміри, деталі роз’єму, програму, робоче середовище, очікувану кількість і будь-які PCM/BMS, вимоги до тестування або відповідності.

Чи можна виготовити індивідуальну літієву батарею певного розміру?

Індивідуальні розміри батареї можна розробити відповідно до конструкції пристрою та доступного простору для встановлення. Остаточний розмір повинен включати ізоляцію, компоненти захисту, роз’єми, кабелі, допуски та монтажний зазор.

Чи потрібно мені вказувати BMS перед запитом пропозиції?

Ви повинні пояснити вимоги до пристрою та захисту, але вам може не знадобитися самостійно вибирати точну модель BMS. Виробник може порекомендувати відповідний PCM або BMS після перегляду конфігурації акумулятора, струму, методу заряджання, потреб зв’язку та умов експлуатації.

Чому деталі роз’єму важливі?

Роз’єм впливає на електричну сумісність, збірку, прокладку кабелю, доступний простір і зручність обслуговування. Перед відбором зразків слід перевірити тип роз’єму, полярність, положення, довжину кабелю та напрямок виходу дроту.

Що потрібно протестувати перед масовим виробництвом?

Зразок може потребувати тестування ємності, заряду та розряду, часу роботи, струму, температури, механічної придатності, роз’єму та інтеграції пристрою. Остаточний план перевірки повинен відповідати заявці та узгодженій специфікації.

Висновок

Повна специфікація є основою успішного індивідуального проекту літієвої батареї.

Перш ніж запитувати цінову пропозицію або зразок, покупці OEM повинні визначити застосування, напругу, ємність, поточний попит, розміри, структуру батареї, роз’єм, систему захисту, спосіб заряджання, робоче середовище, вимоги до тестування, виробничі очікування та документи відповідності.

Мета контрольного переліку нестандартного дизайну батареї полягає не в тому, щоб змусити покупця самостійно приймати кожне технічне рішення. Він має надати виробнику акумулятора достатньо надійної інформації для оцінки здійсненності, виявлення ризиків, рекомендації щодо відповідного дизайну та підготовки більш точної пропозиції.

Для індивідуального проекту літієвої батареї поділіться програмою свого пристрою, цільовою ємністю, напругою, доступним місцем для батареї, поточним попитом, вимогами до роз’ємів, очікуваною кількістю та потребами тестування з командою розробників спеціальних батарей ZERNE. Команда може переглянути початкові специфікації та допомогти розробити відповідне рішення для батареї для відбору зразків і виробництва.