Як вибрати акумуляторну літій-іонну батарею для OEM-пристрою

Перезаряджуваний літій-іонний акумулятор слід вибрати як частину повної системи пристрою. Напруга, ємність, струм, розміри, роз’єм, схема захисту та зарядний пристрій впливають на надійність роботи готового виробу.

Акумуляторна батарея, яка виглядає відповідною в каталозі, може все одно не відповідати вимогам пристрою OEM. Він може відповідати електрично, але не механічно, забезпечувати достатню номінальну потужність, але недостатньо пікового струму, або працювати під час лабораторних випробувань, але вимагати іншого BMS або роз’єму для виробництва.

З цієї причини команди OEM повинні оцінювати акумуляторну батарею за фактичними умовами роботи пристрою, а не вибирати лише за мАг або фізичним розміром.

ЗЕРНЕ надає літієві акумуляторні батареї для додатків, які потребують індивідуальної напруги, ємності, розмірів, систем захисту та конфігурацій роз’ємів.

Швидка відповідь: як вибрати акумуляторну літій-іонну батарею?

Виберіть перезаряджувану літій-іонну батарею в такому порядку:

1. Визначте діапазон напруги пристрою та архітектуру живлення.

2. Вимірювання нормального, максимального та пікового струму.

3. Встановіть необхідний час роботи та цільову енергію.

4. Перевірте акумуляторний відсік, розміри, маршрут кабелю та обмеження ваги.

5. Виберіть відповідну конфігурацію елемента та хімічний склад акумулятора.

6. Підберіть BMS, PCM, зарядний пристрій і роз’єм до набору.

7. Перевірте робочу температуру та умови навколишнього середовища.

8. Випробуйте зразки прототипів у реальному пристрої.

9. Перевірте послідовність виробництва, документацію та підтримку налаштування.

10. Затверджуйте остаточний комплект акумуляторів лише після електричної, механічної та системної перевірки.

Найкращий акумулятор не обов’язково має найвищу ємність. Це той, який одночасно задовольняє вимоги пристрою щодо напруги, енергії, струму, механічних характеристик, безпеки та виробництва.

1. Почніть із вимог до пристроїв OEM

Перш ніж звертатися до постачальника акумуляторів, підготуйте аркуш основних вимог до пристрою.

Ця інформація дозволяє постачальнику оцінити акумулятор як інтегрований компонент, а не пропонувати загальний пакет.

Для більш широкого пояснення того, як ці вимоги стосуються дизайну упаковки, див Дизайн літій-іонної батареї: напруга, ємність, BMS і час роботи.

2. Зіставте напругу батареї відповідно до пристрою

Напруга є першою умовою електричного екранування.

Вибраний акумулятор має залишатися в межах допустимого діапазону вхідного сигналу головного пристрою під час розряджання та заряджання. Пристрій, призначений для одноелементної літієвої батареї, може не приймати багатоелементний блок без відповідної схеми керування живленням.

При визначенні напруги перевірте:

• номінальна напруга акумулятора;

• повністю заряджена напруга;

• мінімальна напруга розряду;

• діапазон вхідної напруги пристрою;

• вимоги до перетворювача або регулятора;

• вихідна напруга зарядного пристрою;

• Налаштування відключення BMS.

Наприклад, акумулятор, описаний як 7,4 В, має номінальну напругу, але її напруга змінюється під час заряджання та розряджання. Пристрій повинен бути розроблений для повного робочого діапазону, а не тільки для номінального значення.

Якщо в проекті порівнюються загальні конфігурації з кількома осередками, детально Посібник з послідовного та паралельного блоку батарей пояснює, як розташування елементів впливає на напругу та ємність. Поточний процес вибору має використовувати цю конфігурацію лише як вхідні дані для ширшого рішення про пристрій.

3. Оцініть вимоги до потужності та енергії

Ємність батареї зазвичай виражається в ампер-годинах або міліампер-годинах. Зазвичай енергію виражають у ват-годинах.

Попередня оцінка енергії така:

Енергія (Вт·год) = Напруга (В) × Ємність (А·год)

Наприклад:

7,4 В × 2 А·год = 14,8 Вт·год

Це розрахунок номінальної енергії. Використовувана енергія може бути нижчою через:

• втрати перетворювача;

• напруга відсічення розряду;

• температура;

• старіння акумулятора;

• струмове навантаження;

• межі захисту;

• ефективність роботи пристрою.

Тому ємність слід вибирати на основі фактичних потреб у корисній енергії, а не лише надрукованого значення мАг.

Більш детальний розрахунок див Як розрахувати ємність літій-іонного акумулятора.

4. Визначте ціль виконання

Однакова ємність батареї може забезпечити різний час роботи в різних виробах. Пристрій зі стабільним малопотужним навантаженням поводиться інакше, ніж моторизований пристрій з частими піками струму.

Попередню оцінку часу роботи можна записати так:

Час роботи ≈ Корисна енергія акумулятора ÷ Середня потужність пристрою

Кінцевий результат залежить від реального профілю навантаження пристрою. Інженери повинні розрізняти:

• струм очікування;

• нормальний робочий струм;

• максимальний тривалий струм;

• піковий або пусковий струм;

• робочий цикл;

• інтервали сну та неспання.

Акумуляторна батарея, яка відповідає середньому цільовому показнику тривалості роботи, все одно може бути непридатною, якщо вона не підтримує пристрій під час пікового навантаження.

Детальний Посібник з розрахунку тривалості автономної роботи літієвої батареї більш детально охоплює фактори розрахунку. На етапі відбору ключовим питанням є те, чи забезпечує пакет-кандидат достатню кількість корисної енергії за реальним робочим профілем.

5. Перевірте здатність безперервного та максимального розряду

Місткість і здатність до розряду є різними характеристиками.

Акумуляторна батарея великої ємності може не підійти для потужного пристрою, якщо його елементи, схема захисту або проводка не можуть підтримувати необхідний струм. І навпаки, блок з високим розрядом може забезпечувати більший струм, ніж необхідно, одночасно збільшуючи вартість, вагу або теплові вимоги.

документ:

• середній струм розряду;

• максимальний тривалий струм;

• піковий струм;

• тривалість піку;

• пусковий або пусковий струм;

• частота повторення;

• толерантність до провалу напруги.

Акумуляторна батарея повинна бути оцінена на рівні системи. На фактичну продуктивність впливають потужність осередку, обмеження BMS, рейтинг роз’єму, розмір кабелю та температурні умови.

Для проектів з великим струмом постачальник повинен підтвердити умови випробування, які використовуються для будь-якого номінального значення розряду або струму. Рейтинг без випробувальної температури, напруги відключення та тривалості важко точно порівняти.

6. Виберіть Cell Format і Battery Chemistry

Формат комірки впливає на щільність енергії, форму, вагу, теплові властивості та гнучкість упаковки.

Літій-полімерні камери

Літій-полімерні мішечні елементи часто підходять, коли пристрій потребує:

• тонка або індивідуальна форма;

• ефективне використання простору вольєра;

• гнучка довжина, ширина або товщина;

• малопрофільна інтеграція;

• спеціальне розташування кабелю або роз’єму.

Циліндричні літій-іонні елементи

Циліндричні комірки можуть підійти, коли конструкція вимагає:

• стандартизований циліндричний формат;

• жорстка клітинна структура;

• послідовне і паралельне розташування пакетів;

• змінна або модульна конструкція упаковки;

• більший акумуляторний корпус.

Вибір повинен ґрунтуватися на упаковці пристрою, вимогах до струму, енергії та виробництва. Його не слід виготовляти тільки з номінальної ємності однієї комірки.

Якщо в проекті порівнюється конфігурація мішка та циліндрична конфігурація, постачальник повинен оцінити готовий блок акумуляторів, а не порівнювати кількість окремих елементів.

7. Перевірте розміри та вагу батареї

Акумулятор має підходити до корпусу виробу, не створюючи проблем при стисненні, переміщенні або прокладці кабелю.

Надати постачальнику:

• максимальна товщина;

• допустима довжина і ширина;

• форма батарейного відсіку;

• зазор роз'єму;

• зона вигину кабелю;

• спосіб фіксації;

• вимоги до амортизації або утримання;

• максимальна вага.

Номінальні розміри батареї можуть не відображати повний встановлений конверт. Роз'єм, захисна плата, дроти, ізоляція, клей, піна та механічні кріплення також потребують місця.

Акумулятор, який підходить для порожнього корпусу, може перешкоджати:

• шурупи або кріплення;

• дисплейні модулі;

• антени;

• рухомі частини;

• компоненти, що виділяють тепло;

• ребра огородження;

• зони службового доступу.

Для пристроїв із суворими обмеженнями щодо упаковки необхідно перевірити відсік для батареї разом із зазор, стиснення та набухання.

8. Зіставте BMS і систему захисту

Перезаряджувана літій-іонна батарея зазвичай потребує системи захисту або керування, яка відповідає його конфігурації та застосуванню.

Залежно від дизайну упаковки можуть знадобитися:

• захист від перезаряду;

• захист від перерозряду;

• захист від надструму;

• захист від короткого замикання;

• моніторинг температури;

• балансування клітин;

• оцінка стану заряду;

• функції спілкування;

• контроль зарядки.

Правильний дизайн захисту залежить від кількості елементів, хімії, поточного попиту, вимог до зарядного пристрою та головного пристрою.

Для простого комплекту з двома дротами живлення може знадобитися інша система захисту від інтелектуальної батареї з комунікацією та моніторингом індивідуальної клітини.

BMS слід вказати разом із:

• конфігурація комірки;

• струм заряду;

• струм розряду;

• вимоги до датчика температури;

• протокол зв'язку;

• цоколевка роз'єму;

• логіка керування на стороні пристрою.

Стаття PCM проти BMS для LiPo батарей може допомогти прояснити різницю між базовим захистом і більш просунутою системою керування.

9. Перевірте спосіб заряджання

Акумуляторна батарея має бути сумісна із зарядним пристроєм і архітектурою заряджання головного пристрою.

Підтвердити:

• вихідна напруга зарядного пристрою;

• зарядний струм;

• спосіб зарядки;

• вимоги до нарахування балансу;

• температурні межі зарядки;

• роз'єм на стороні зарядного пристрою;

• спосіб припинення заряду;

• чи відбувається заряджання всередині чи зовні пристрою.

Зарядний пристрій має відповідати кількості елементів акумулятора та вимогам до заряджання. Відповідний розрядний роз’єм не означає автоматично, що пакет придатний для зарядки через той самий інтерфейс.

Команда розробників також має підтвердити, чи підтримує пристрій:

• зарядка під час роботи;

• знімна зарядка акумулятора;

• зовнішні зарядні станції;

• зарядка через USB;

• спеціальні зарядні пристрої для акумуляторів;

• зв'язок між зарядним пристроєм і BMS.

Заряджання має бути перевірено за допомогою готової батареї, BMS, зарядного пристрою та пристрою разом.

10. Виберіть Конфігурація роз’єму та кабелю

Роз’єм впливає як на електричні характеристики, так і на механічну інтеграцію.

Вкажіть:

• сімейство роз'ємів або точний номер деталі;

• сполучний роз'єм;

• поточна потреба;

• вимога до напруги;

• кількість шпильок;

• розподіл живлення та сигналу;

• довжина кабелю;

• калібр дроту;

• напрямок кабельного виходу;

• замок і ключ;

• доступне місце для установки.

Одна й та сама батарея може потребувати різного розташування роз’ємів для різних головних пристроїв. Для компактного виробу, який можна носити, пріоритетом може бути низькопрофільний роз’єм, тоді як для промислового виробу може знадобитися міцніше утримання та більший шлях струму.

Докладний процес прийняття рішення про з’єднувач див Як вибрати роз’єм для індивідуальної літієвої батареї.

11. Враховуйте робочу температуру та середовище

Продуктивність батареї змінюється залежно від температури. Програма пристрою повинна визначати, де акумулятор працюватиме, заряджатиметься та зберігатиметься.

Розглянемо:

• нормальна робоча температура;

• мінімальна і максимальна робоча температура;

• температура зарядки;

• температура зберігання;

• вплив вібрації;

• волога або пил;

• повторний механічний рух;

• тепло від сусідньої електроніки;

• теплоізоляція всередині корпусу.

Холодні умови можуть зменшити доступну потужність і збільшити внутрішній опір. Високі температури можуть прискорити старіння та збільшити вимоги до терморегулювання.

Постачальник батареї повинен разом оцінити елемент, BMS, роз’єм, корпус і умови заряджання. Заява про температуру має бути прив’язана до кінцевої конфігурації та умов тестування, а не застосовуватися широко для кожного акумулятора.

12. Вибирайте між стандартними та спеціальними акумуляторами

Стандартна акумуляторна літій-іонна батарея може підійти, коли:

• напруга і потужність вже відповідають приладу;

• розміри підходять без змін;

• роз'єм сумісний;

• потужність струму достатня;

• не потрібна спеціальна BMS;

• очікувана кількість і постачання є стабільними.

Спеціальний пакет є більш доречним, коли пристрій потребує:

• незвичайні розміри;

• фігурна або тонка батарея;

• певна довжина кабелю;

• спеціальний роз'єм;

• багатокомпонентна послідовна та паралельна конфігурація;

• більш висока швидкість розряду;

• спеціальний захист;

• датчик температури;

• функції спілкування;

• новий спеціальний корпус для продукту.

Сторінка комерційних акумуляторів є відповідним місцем для загального попиту на продукт користувацькі рішення для акумуляторів є більш доречними, коли акумулятор повинен бути розроблений відповідно до пристрою.

13. Оцініть підтримку OEM постачальника

Вибір акумуляторної батареї також означає оцінку того, чи зможе постачальник підтримати проект поза зразком пропозиції.

Запитайте постачальника про:

• виділення клітин;

• дизайн акумуляторної батареї;

• інтеграція BMS або PCM;

• налаштування роз'ємів і кабелів;

• вибірка прототипу;

• електричні випробування;

• перевірки механічної придатності;

• сталість виробництва;

• вхідно-матеріальний контроль;

• перевірка відправлення;

• технічну документацію;

• інженерні зміни;

• підтримка під час дослідного виробництва.

Постачальник повинен мати можливість пояснити, як затверджений зразок стає конфігурацією масового виробництва.

Для більш широкого уявлення про перехід від прототипу до виробництва див Процес виробництва літій-іонної батареї для проектів OEM.

14. Перевірте акумуляторну батарею всередині пристрою

Акумуляторна батарея не повинна бути схвалена лише за специфікацією постачальника. Кінцевий зразок повинен бути протестований на фактичному пристрої OEM.

Електрична перевірка

перевірити:

• діапазон напруги;

• поведінка заряду;

• продуктивність розряду;

• нормальний струм;

• піковий струм;

• просідання напруги;

• спрацьовування захисту акумулятора;

• сумісність зарядного пристрою;

• Зв'язок BMS, де це можливо.

Механічна перевірка

перевірити:

• підгонка корпусу;

• сполучення роз'ємів;

• прокладання кабелю;

• збереження батареї;

• тиск або рух всередині відсіку;

• доступ для монтажу та обслуговування;

• втручання в навколишні частини.

Перевірка часу виконання

Виміряйте фактичний час роботи пристрою за:

• нормальна робота;

• робота з високим навантаженням;

• цикли очікування або сну;

• повторний запуск;

• реалістичні температурні умови.

Авалідація виробництва

Підтвердити:

• розміри залишаються постійними;

• повторюваність розташування роз'єму і кабелю;

• етикетки та позначки полярності правильні;

• компоненти захисту відповідають затвердженому зразку;

• доступні тестові записи;

• інженерні зміни потребують узгодження.

Існуючий Контрольний список перевірки зразків батареї на замовлення є корисною довідкою для схвалення перед виробництвом.

15. Поширені помилки вибору

Вибір тільки по mAh

Більша ємність не гарантує довшу тривалість роботи, якщо пакет занадто великий, важкий або несумісний з напругою пристрою.

Ігнорування пікового струму

Середній струм може виглядати прийнятним, коли запуск або навантаження двигуна викликають падіння напруги або відключення захисту.

Розгляд номінальної напруги як повного робочого діапазону

Пристрій повинен адаптуватися до напруги заряду, напруги розряду та умов відключення.

Вибір акумулятора перед перевіркою корпусу

Механічні конфлікти часто з'являються після того, як роз'єм, BMS і кабель включені в справжній пакет.

Запізно вибрано BMS

BMS може вплинути на потужність струму, розташування контактів роз’єму, режим заряджання та розміри упаковки.

Затвердження зразка без його тестування в приладі

Лише стендове тестування може не виявити перешкод у кабелі, накопичення тепла, конфлікти сигналів або поведінку відключення на стороні пристрою.

Порівняння постачальників тільки за ціною за одиницю

Нижча початкова ціна може не включати інженерну підтримку, вибірку, валідацію, документацію чи узгодженість виробництва.

16. Контрольний список вибору акумуляторної батареї OEM

Перш ніж схвалювати перезаряджуваний літій-іонний акумулятор, підтвердьте:

• Діапазон напруги пристрою задокументований.

• Номінальна та максимальна напруга акумулятора сумісні.

• Визначено середній, безперервний і піковий струм.

• Цільовий час роботи базується на реальній потужності пристрою.

• Розміри батареї включають роз'єм і BMS.

• Вага в межах ліміту пристрою.

• Формат і конфігурація комірки підходять.

• Вимоги BMS або PCM підтверджені.

• Перевірено сумісність зарядного пристрою.

• Роз'єм, довжина кабелю та розводка схвалені.

• Визначаються діапазони робочих температур і температур заряджання.

• Дослідні зразки випробовуються на реальному пристрої.

• Вимоги до перевірки виробництва задокументовані.

• Погодження технічних змін узгоджується з постачальником.

FAQ

Яка найважливіша специфікація при виборі перезаряджуваної літій-іонної батареї?

Сумісність напруги є першою вимогою, але струм, корисна енергія, розміри, BMS, зарядний пристрій, роз’єм і робоче середовище також повинні бути оцінені перед затвердженням.

Яка ємність батареї потрібна OEM-пристрою?

Ємність залежить від середньої потужності пристрою, необхідного часу роботи, ефективності системи, відсічення розряду та умов експлуатації. Надруковане значення мАг не слід розглядати як точну корисну ємність готового продукту.

Чи підходить стандартний акумулятор для виробництва OEM?

Стандартна упаковка може підійти, якщо її напруга, ємність, розміри, струм, роз’єм, захист і умови живлення відповідають пристрою. Налаштування часто потрібне, коли пристрій має обмежений простір або особливі електричні вимоги.

Чи всі перезаряджувані літій-іонні батареї потребують BMS?

Необхідна система захисту та керування залежить від конфігурації елемента, хімічного складу, зарядного пристрою, струму та застосування. Постачальник повинен рекомендувати відповідну архітектуру захисту для готової упаковки.

Чи потрібно тестувати акумуляторну батарею до початку масового виробництва пристрою?

так Перед масовим виробництвом батарею слід перевірити на реальному пристрої. Електричні, механічні умови, умови зарядки, час роботи та навколишнє середовище повинні бути включені до плану затвердження.

Яку інформацію повинен надіслати покупець OEM виробнику акумуляторів?

Укажіть діапазон напруги пристрою, профіль потужності та струму, цільовий час роботи, розміри батарейного відсіку, обмеження ваги, роз’єм, вимоги до кабелю, спосіб заряджання, робоче середовище, очікувану кількість і необхідні тести.

Висновок

Вибір перезаряджуваної літій-іонної батареї для OEM-пристрою вимагає оцінки на системному рівні. Напруга та ємність є важливими відправними точками, але це лише частина рішення.

Кінцева упаковка також має забезпечувати необхідний струм, відповідати корпусу, працювати із зарядним пристроєм, належним чином зв’язуватися з пристроєм, де це необхідно, включати відповідний захист і залишатися незмінною під час виробництва.

Команди OEM повинні підготувати повний аркуш вимог і перевірити батарею всередині фактичного пристрою перед масовим виробництвом.

Для проектів, які вимагають індивідуальних розмірів, конфігурації осередків, BMS, роз’єму або конструкції кабелю, зв’яжіться з ZERNE, щоб отримати підтримку індивідуальних літієвих батарей.