Thiết kế ngăn chứa pin LiPo: Độ hở, nhiệt, nén và độ phồng

Ngăn chứa pin LiPo sẽ làm được nhiều việc hơn là chỉ giữ pin cố định. Nó phải phù hợp với dung sai của nhà sản xuất, bảo vệ túi khỏi áp suất tập trung, kiểm soát chuyển động, quản lý nhiệt, bảo quản vòng đệm và khu vực cáp, đồng thời chừa đủ chỗ cho sự thay đổi kích thước dự kiến ​​trong suốt thời gian sử dụng của sản phẩm.

Kích thước ngăn chính xác không thể được xác định bằng cách thêm khoảng hở tùy ý vào độ dày ô danh nghĩa. Các nhà thiết kế sản phẩm cần đánh giá bộ pin hoàn chỉnh, không gian vỏ bọc tối thiểu có sẵn, hoạt động của vật liệu lắp đặt, nhiệt độ vận hành và tình trạng dự kiến ​​của pin sau khi lão hóa.

Một thiết kế đáng tin cậy thường tuân theo bốn nguyên tắc:

• Kích thước ngăn xung quanh kích thước đóng gói thành phẩm tối đa, không phải kích thước ô túi danh nghĩa.

• Ngăn chặn áp lực cục bộ từ các gân, ốc vít, cạnh PCB, đầu nối và các bộ phận cứng.

• Sử dụng khả năng lưu giữ có kiểm soát mà không cho rằng mọi ô túi đều yêu cầu độ nén như nhau.

• Xác định mức độ giãn nở từ dữ liệu của nhà cung cấp và xác nhận ở cấp độ thiết bị thay vì giá trị phần trăm phổ biến hoặc milimet.

Hướng dẫn này giải thích cách áp dụng những nguyên tắc đó khi thiết kế ngăn chứa pin LiPo cho một thiết bị điện tử nhỏ gọn.

Tại sao thiết kế ngăn chứa pin lại quan trọng

Tế bào túi LiPo giúp các nhà thiết kế sản phẩm sử dụng không gian bên trong mỏng, nhẹ và không đều một cách hiệu quả. Tuy nhiên, túi cung cấp khả năng bảo vệ cấu trúc kém hơn so với tế bào hình trụ cứng hoặc vỏ kim loại.

Do đó, vỏ bọc trở thành một phần của hệ thống tích hợp pin.

Một ngăn không phù hợp có thể gây ra các vấn đề như:

• Hư hỏng túi trong quá trình lắp ráp

• Áp lực từ các sườn vỏ hoặc các đầu vít

• Kẹp cáp

• Sự can thiệp của đầu nối

• Chuyển động của pin khi bị rơi hoặc rung

• Nhiệt độ quá cao bên trong sản phẩm kín

• Biến dạng vỏ sau khi lão hóa pin

• Căng thẳng trên màn hình, PCB hoặc vỏ

• Khó tháo pin trong quá trình bảo trì

• Sự khác biệt giữa nguyên mẫu và sản xuất phù hợp

Một cục pin vừa với một vỏ nguyên mẫu không nhất thiết phải sẵn sàng để sản xuất. Thiết kế phải tính đến lượng pin lớn nhất được phép, ngăn chứa nhỏ nhất được phép và sự thay đổi về bọt, chất kết dính, nhãn, lớp cách nhiệt và vị trí lắp ráp.

Bắt đầu với phong bì pin đã hoàn thành

Số kiểu pin thường mô tả độ dày, chiều rộng và chiều dài gần đúng của ngăn túi. Nó không nhất thiết phải mô tả toàn bộ cụm lắp ráp được lắp đặt trong sản phẩm.

Pin LiPo thành phẩm cũng có thể bao gồm:

• Mô-đun mạch bảo vệ

• MOSFET và các linh kiện điện tử khác

• Tab niken

• băng cách điện

• Gói bên ngoài

• Chất kết dính

• Nhãn

• Dây điện

• Đầu nối

• Nhiệt điện trở NTC

• Đầu mối truyền thông

• Khu vực con dấu hoặc tab gấp

Các thành phần này có thể tạo ra các hình chiếu bên ngoài thân tế bào chính. Vùng PCM có thể dày hơn vùng ô hoạt động, trong khi đầu nối và cáp có thể yêu cầu thêm không gian định tuyến.

Khi kích thước nhỏ gọn được ưu tiên, ZERNE Các tùy chọn pin lithium polymer mỏng có thể được đánh giá dựa trên không gian sẵn có, mục tiêu công suất, vị trí đầu nối và yêu cầu bảo vệ. Tuy nhiên, việc chọn một ô mỏng hơn không loại bỏ được nhu cầu về dung sai và độ lão hóa.

Tính toán khoảng trống với ngăn xếp dung sai

Khe hở ngăn chứa pin phải được tính toán từ các kích thước trong trường hợp xấu nhất thay vì giá trị CAD danh nghĩa.

Một phép tính hướng chiều dày đơn giản có thể được biểu thị như sau:

Biên độ thiết kế còn lại = độ sâu ngăn tối thiểu - độ dày gói thành phẩm tối đa - độ dày cách nhiệt và rào chắn - khe hở lắp ráp - dung sai thay đổi kích thước theo kế hoạch

Nếu sử dụng bọt hoặc vật liệu giữ lại có thể nén khác thì độ dày và phạm vi nén được lắp đặt của nó cũng phải được tính đến.

Nguyên tắc tương tự áp dụng cho chiều rộng và chiều dài:

Khoảng hở bên tối thiểu = kích thước vỏ tối thiểu có sẵn - kích thước pin tối đa - dung sai lắp ráp và di chuyển cần thiết

Kết quả sẽ vẫn được chấp nhận dưới sự kết hợp tồi tệ nhất được phép của:

• Dung sai độ dày pin

• Dung sai đúc bao vây

• Dung sai độ dày bọt

• Độ dày keo

• Nhãn và độ dày cách nhiệt

• vị trí PCB

• Vị trí trùm vít

• Lắp ráp bù đắp

• Thay đổi vật liệu liên quan đến nhiệt độ

• Thay đổi kích thước pin dự kiến

Đừng cho rằng mọi điều kiện tối đa và tối thiểu đều có khả năng xảy ra như nhau. Phân tích dung sai chính thức có thể sử dụng phương pháp xếp chồng trong trường hợp xấu nhất, phân tích thống kê hoặc cả hai, tùy thuộc vào rủi ro sản phẩm và khối lượng sản xuất. Phương pháp đã chọn phải được ghi lại.

Chia ngăn thành các khu chức năng

Một giá trị khe hở duy nhất không mô tả đầy đủ toàn bộ dung lượng pin. Các khu vực khác nhau cần điều trị khác nhau.

Bản vẽ pin phải xác định được thân tế bào chính, các cạnh bịt kín, PCM, đầu ra cáp, đầu nối và bất kỳ khu vực áp suất hạn chế nào. Việc coi gói như một khối hình chữ nhật đơn giản có thể che giấu các điểm giao thoa quan trọng.

Bảo vệ túi khỏi áp lực cục bộ

Túi LiPo không được tựa vào các cạnh sắc, dây buộc lộ ra ngoài, bề mặt gồ ghề hoặc các phần cứng nhỏ nhô ra.

Các điểm áp lực tiềm ẩn bao gồm:

• Mẹo vít

• Ông trùm vít

• Sườn ép phun

• góc PCB

• Dẫn thành phần

• Vỏ đầu nối

• Các cạnh tấm kim loại

• Bọt không thẳng hàng

• Hạt dính

• Kẹp bao vây

• Các mảnh vụn còn sót lại trong quá trình lắp ráp

Áp lực cục bộ đáng lo ngại hơn là tiếp xúc rộng, phân bố đều vì lực tập trung trên một khu vực nhỏ.

Sử dụng vùng tránh xa

Xác định vùng cấm xung quanh:

• Chu vi túi

• Niêm phong các cạnh

• Tab gấp

• Chuyển đổi từ tế bào sang PCM

• linh kiện PCM

• Mối hàn cáp

• Điểm thoát dây

Phần gân không nằm trong pin danh nghĩa vẫn có thể tiếp xúc với gói có kích thước tối đa hoặc đơn vị sản xuất hơi lệch. Do đó, các vùng tránh xa phải bao gồm dung sai của pin và dung sai của vị trí lắp ráp.

Xem lại bao vây đã đóng

Nhiều vấn đề nhiễu sóng chỉ xuất hiện sau khi thiết bị đã được lắp ráp hoàn chỉnh.

Trong quá trình xác minh thiết kế, hãy xác nhận rằng:

• Nắp đóng lại mà không buộc pin xuống.

• Chốt không tạo áp lực lên tế bào.

• Pin không thể bị kẹt giữa hai bề mặt vỏ không khớp.

• PCB hoặc màn hình không sử dụng pin làm giá đỡ cấu trúc.

• Cáp không đi qua được giữa pin và cạnh cứng.

• Bọt vẫn ở vị trí dự định sau khi đóng.

• Chất kết dính không tụ lại thành một gờ cứng cục bộ.

• Tải rơi hoặc rung không thể khiến pin trở nên sắc nét.

Vỏ theo từng phần, màng nhạy áp lực, nguyên mẫu trong suốt, quét chiều và kiểm tra khi tháo rời có kiểm soát có thể giúp phát hiện các điểm tiếp xúc ẩn.

Thiết kế môi trường nhiệt xung quanh thiết bị thực

Nhiệt độ của pin không chỉ đến từ tế bào. Đường dẫn dòng điện hoàn chỉnh có thể tạo ra nhiệt trong quá trình sạc, xả, khởi động hoặc tải cao điểm lặp đi lặp lại.

Các nguồn nhiệt có thể bao gồm:

• Sức đề kháng nội tại của tế bào

• MOSFET PCM hoặc BMS

• Cầu chì và các thành phần cảm nhận dòng điện

• Kết nối niken

• Dây điện

• Thiết bị đầu cuối kết nối

• Sạc điện tử

• Bộ chuyển đổi điện áp

• Bộ xử lý

• Hiển thị

• Động cơ

• Máy phát không dây

Vỏ bọc kín có thể giữ lại nhiệt sẽ tiêu tan trong quá trình thử nghiệm trên băng ghế mở. Do đó, pin phải được kiểm tra trong vỏ dành cho mục đích sản xuất với thiết bị điện tử cuối cùng, bọt, chất kết dính, hệ thống sạc và hồ sơ vận hành.

Tránh sử dụng pin làm bộ tản nhiệt

Đặt pin trực tiếp vào bộ xử lý, bộ chuyển đổi nguồn, IC bộ sạc, đèn nền màn hình hoặc động cơ có thể truyền nhiệt do thiết bị tạo ra vào tế bào.

Trường hợp thực tế:

• Tách pin ra khỏi các bộ phận sinh nhiệt chính.

• Cung cấp một đường dẫn nhiệt xác định từ thiết bị điện tử nóng đến vỏ bọc.

• Tránh truyền nhiệt qua túi.

• Chỉ sử dụng các tấm chắn nhiệt sau khi đã kiểm tra ảnh hưởng của chúng lên tổng nhiệt độ của vỏ.

• Giữ khu vực PCM cách xa các nguồn nhiệt tập trung khác.

• Đánh giá quá trình sạc trong khi thiết bị đang hoạt động nếu sản phẩm hỗ trợ.

Việc thêm lớp cách nhiệt xung quanh pin có thể làm giảm sự truyền nhiệt trực tiếp từ một bộ phận gần đó, nhưng nó cũng có thể giữ nhiệt do chính pin tạo ra. Do đó, thiết kế nhiệt phải được đánh giá như một hệ thống hoàn chỉnh.

Kiểm tra các điều kiện liên quan tồi tệ nhất

Kiểm tra nhiệt phải bao gồm các điều kiện có thể tạo ra nhiệt độ pin hoặc linh kiện cao nhất một cách hợp lý, chẳng hạn như:

• Tải liên tục dự định tối đa

• Lặp lại hoạt động dòng điện đỉnh

• Sạc ở dòng điện tối đa cho phép

• Sạc trong khi thiết bị đang hoạt động

• Nhiệt độ môi trường cao

• Ánh sáng mặt trời trực tiếp hoặc nguồn nhiệt bên ngoài, nếu phù hợp

• Thông gió tối thiểu

• Trạng thái sạc pin yếu khi tải nặng

• Đặc tính điện của pin cũ

• Bọt hoặc vật liệu cách nhiệt có độ dày tối đa

• Vật liệu bao vây mục đích sản xuất

Đo nhiều hơn nhiệt độ vỏ ngoài. Tùy thuộc vào thiết kế, các điểm đo liên quan có thể bao gồm mặt tế bào, PCM, đầu nối, dây dẫn, mạch sạc, PCB gần đó và bề mặt tiếp xúc với người dùng.

Vị trí cảm biến nhiệt độ có chủ ý

Nếu pin sử dụng nhiệt điện trở NTC, vị trí của nó phải biểu thị nhiệt độ mà hệ thống sạc hoặc bảo vệ nhằm kiểm soát.

Kiểm tra:

• Đặc điểm kỹ thuật và đường cong kháng NTC

• Vị trí cảm biến

• Tiếp xúc nhiệt

• Sơ đồ chân của đầu nối

• Phiên dịch thiết bị

• Giới hạn sạc và xả

• Phản ứng với cảm biến mở hoặc chập mạch

• Độ trễ nhiệt độ giữa tế bào và cảm biến

NTC cung cấp tín hiệu nhiệt độ. Bộ sạc, thiết bị, PCM hoặc BMS phải diễn giải tín hiệu đó và thực hiện hành động cần thiết.

Việc giữ lại không giống như nén

Pin phải được ngăn không cho di chuyển quá mức, nhưng việc giữ pin tại chỗ không tự động yêu cầu nén cứng.

Nhà thiết kế nên phân biệt giữa:

• Khoảng trống: không gian trống cần thiết cho dung sai, lắp ráp hoặc thay đổi kích thước

• Lưu giữ: các tính năng hạn chế chuyển động của pin trong quá trình sử dụng bình thường, rung hoặc rơi

• Tải trước: lực ban đầu được kiểm soát tác dụng bởi bọt hoặc vật liệu tuân thủ khác

• Nén: lực tác dụng lên bề mặt tế bào bởi cấu trúc được lắp đặt

Những điều kiện này có thể chồng lên nhau, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau.

Khi việc duy trì tuân thủ có thể giúp ích

Bọt hoặc chất đàn hồi thích hợp có thể:

• Đưa ra sự thay đổi trong sản xuất

• Giảm chuyển động của pin

• Phân phối liên lạc trên một khu vực rộng lớn

• Bảo vệ túi khỏi các bề mặt cứng gần đó

• Hấp thụ sốc cơ học hạn chế

• Chứa một số thay đổi chiều

Tuy nhiên, không nên chọn bọt chỉ theo độ dày. Hành vi lệch lực của nó có vấn đề.

Bọt dày và cứng có thể tác dụng lực quá mức khi lắp vào một khe hở nhỏ. Bọt rất mềm có thể khiến pin bị nén vĩnh viễn và ngừng giữ pin sau khi lão hóa.

Đánh giá:

• Độ dày bọt danh nghĩa

• Dung sai độ dày

• Phạm vi nén

• Buộc ở khoảng cách cài đặt tối thiểu và tối đa

• Bộ nén

• Sự phụ thuộc nhiệt độ

• Hành vi lão hóa

• Yêu cầu về tính dễ cháy

• Khả năng tương thích hóa học

• Hành vi dính

• Giữ vị trí trong quá trình lắp ráp

Tình trạng lực tối đa có thể xảy ra với pin dày nhất, lớp xốp dày nhất và ngăn chứa nhỏ nhất. Tình trạng lưu giữ tối thiểu có thể xảy ra với pin mỏng nhất, bọt mỏng nhất, ngăn lớn nhất và bọt cũ.

Cả hai điều kiện phải được kiểm tra.

Tránh nén cục bộ hoặc không được kiểm soát

Thiết kế nén kém bao gồm:

• Một xương sườn hẹp ấn vào giữa túi

• Một trùm vít liên lạc với một mặt tế bào

• Một thành phần PCB cứng ép qua lớp xốp mỏng

• Một miếng xốp nhỏ tạo ra tải trọng tập trung

• Vỏ bọc uốn cong vào tế bào sau khi buộc chặt

• Chất kết dính được bôi không đều dưới pin

• Một đầu nối bị mắc kẹt giữa tế bào và vỏ

• Bọt chỉ che phủ một phần hướng sưng

Nếu nhà cung cấp pin chỉ định phạm vi nén được kiểm soát thì hệ thống vỏ và bộ lưu giữ phải được thiết kế và xác nhận theo yêu cầu đó. Các giá trị nén từ một ô túi, thành phần hóa học, kích thước hoặc ứng dụng khác sẽ không được sao chép tự động.

Cung cấp mức trợ cấp sưng tấy hợp lý

'Cho phép phồng rộp' không có nghĩa là pin bị hỏng rõ ràng sẽ vẫn được sử dụng. Điều đó có nghĩa là ngăn này được thiết kế phù hợp với hành vi kích thước dự kiến ​​trong thời gian hoạt động được phê duyệt đồng thời tránh áp lực có hại lên pin và các bộ phận lân cận.

Độ dày tế bào túi có thể thay đổi do một số cơ chế:

• Những thay đổi có thể đảo ngược trong quá trình sạc và xả

• Sự giãn nở liên quan đến nhiệt độ

• Tăng trưởng độ dày liên quan đến lão hóa dần dần

• Tạo khí liên quan đến sự xuống cấp hoặc các điều kiện bất thường

Những cơ chế này không nên được coi là một tình trạng giống hệt nhau.

Một sự thay đổi nhỏ về độ dày dự kiến ​​trong giới hạn được xác nhận sẽ khác với sự phồng lên bất thường kèm theo sự phát triển nhanh chóng, nhiệt độ, mùi, rò rỉ, biến dạng vỏ bọc hoặc mất hiệu suất bất thường. Sản phẩm phải có các tiêu chí kiểm tra và bảo trì xác định đối với tình trạng pin bất thường.

Không sử dụng tỷ lệ phần trăm sưng phổ quát

Mức trợ cấp cần thiết phụ thuộc vào các yếu tố như:

• Hóa học tế bào

• Thiết kế điện cực

• Độ dày danh nghĩa

• Điện áp sạc tối đa

• Phạm vi trạng thái tính phí

• Dòng điện sạc và xả

• Nhiệt độ hoạt động

• Nhiệt độ bảo quản

• Thời gian sử dụng ở trạng thái sạc cao

• Mục tiêu vòng đời

• Mục tiêu lịch sống

• Nén ứng dụng

• Biến thể sản xuất tế bào

• Tiêu chí cuối đời

Nhà cung cấp pin phải cung cấp các giới hạn kích thước hiện hành hoặc dữ liệu thử nghiệm cho pin được đề xuất và các điều kiện sử dụng. Nếu nhà cung cấp không thể cung cấp đủ thông tin thì nhóm thiết kế phải thiết lập mức cho phép thông qua việc xác nhận mức độ thiết bị và lão hóa được kiểm soát.

Hãy xem xét những gì pin có thể tác động lên

Nếu độ dày tăng thì xác định thành phần nào nhận tải.

Hậu quả có thể xảy ra bao gồm:

• Nâng hiển thị

• biến dạng bìa

• uốn PCB

• Dịch chuyển đầu nối

• Tách keo

• Mất niêm phong môi trường

• Tăng áp lực lên túi

• Khó mở bao vây

• Thiệt hại trong quá trình tháo pin

Ngăn này không được chuyển trực tiếp phần mở rộng của pin vào màn hình dễ vỡ, tính năng PCB sắc nét hoặc dây buộc cứng.

Khi thích hợp, hãy sử dụng các vật liệu phù hợp và hướng giãn nở xác định. Đảm bảo rằng chu vi túi và khu vực bịt kín vẫn được bảo vệ khi kích thước thay đổi.

Tài khoản về chất kết dính, bọt và cách nhiệt

Vật liệu lắp đặt ảnh hưởng đến cả thiết kế cơ và nhiệt.

Chất kết dính

Chất kết dính có thể ngăn cản sự di chuyển, nhưng nó cũng có thể:

• Thêm độ dày ngoài kế hoạch

• Tạo bề mặt hỗ trợ không đồng đều

• Làm cho việc loại bỏ dịch vụ trở nên khó khăn

• Làm hỏng túi trong quá trình loại bỏ

• Mất sức mạnh ở nhiệt độ cao

• Leo dưới tải dài hạn

• Chặn đường dẫn nhiệt mong muốn

Nếu pin còn sử dụng được, hãy áp dụng phương pháp tháo có kiểm soát chẳng hạn như tab kéo có thể tiếp cận hoặc tính năng nhả được phê duyệt khác. Lực và hướng tháo không được gấp, đâm thủng hoặc uốn cong túi.

Bọt

Bọt phải mang lại khả năng tiếp xúc rộng rãi và có thể dự đoán được. Các miếng đệm nhỏ có thể tạo ra tải trọng cục bộ cao và có thể làm nghiêng gói hàng trong quá trình lắp ráp.

Ghi lại bọt:

• Vật liệu

• Cấp

• độ dày

• Tỉ trọng

• Dữ liệu độ cứng hoặc độ lệch lực

• Chất kết dính

• Vị trí

• Khu vực

• Định hướng

• Phạm vi nén

'Thêm bọt khi cần' không phải là thông số kỹ thuật lắp pin sẵn sàng cho sản xuất.

Cách nhiệt và rào cản

Có thể cần cách nhiệt giữa pin và bề mặt dẫn điện hoặc mài mòn. Độ dày, độ bao phủ cạnh, mức nhiệt độ và khả năng chống hư hỏng lắp ráp của nó phải được đưa vào thiết kế.

Một màng mỏng dịch chuyển trong quá trình lắp ráp không thể bảo vệ túi một cách đáng tin cậy. Thiết kế phải kiểm soát được vị trí của nó và tránh các nếp gấp hoặc các cạnh lộ ra ngoài.

Thiết kế không gian cáp và đầu nối riêng biệt

Không nên coi cáp như một phần không gian trống xung quanh pin.

Khoang phải cung cấp:

• Tuyến cáp được xác định

• Bán kính uốn cong đủ

• Giảm căng thẳng

• Giải phóng mặt bằng từ các cạnh sắc nét

• Không gian cho sự gắn kết của người kết nối

• Bảo vệ khỏi các kẹp và vít bao vây

• Truy cập để lắp ráp

• Bảo vệ khỏi sự uốn cong lặp đi lặp lại

• Hướng kết nối chính xác

• Kiểm soát phân cực và sơ đồ chân

Không buộc dây thừa bên dưới túi trừ khi pin và thiết kế thiết bị đặc biệt cho phép điều đó. Cáp bị vòng có thể tạo ra một điểm áp suất và khiến vị trí của pin không nhất quán.

Lối ra của cáp cũng phải thông thoáng nếu pin thay đổi độ dày. Nếu không, sự giãn nở có thể kéo dây, làm căng mối hàn hoặc di chuyển đầu nối.

Giữ cho khu vực bịt kín và tab không chịu tải trọng kết cấu

Con dấu trên cùng, con dấu bên, cạnh gấp và chuyển tiếp tab cần được chú ý đặc biệt.

Tránh xa:

• Con dấu gấp sắc nét

• Kẹp ngang khu vực tab

• Kéo các tab qua cáp

• Xác định vị trí trùm vít bên cạnh mép túi

• Sử dụng con dấu làm điểm dừng định vị

• Định tuyến cáp qua cạnh gấp

• Bôi keo ở nơi nó cản trở hình dạng con dấu mong muốn

Các điểm dừng cơ học phải hoạt động trên các khu vực được phê duyệt và phân bổ tải trọng hợp lý. Bản vẽ của nhà cung cấp phải xác định các khu vực hạn chế áp lực, uốn cong hoặc dính.

Quy trình thiết kế ngăn đựng pin LiPo thực tế

Bước 1: Xác định yêu cầu thiết bị

Tài liệu:

• Không gian ba chiều có sẵn

• Dung lượng và thời gian chạy cần thiết

• Điện áp danh định

• Dòng điện liên tục và cực đại

• Phương pháp sạc và dòng điện

• Nhiệt độ vận hành và bảo quản

• Tuổi thọ sản phẩm dự kiến

• Quá trình lắp ráp

• Yêu cầu về độ rơi và độ rung

• Khả năng phục vụ

• Thị trường mục tiêu và yêu cầu áp dụng

Bước 2: Lấy bản vẽ hoàn thiện

Yêu cầu một bản vẽ bao gồm:

• Độ dày, chiều rộng và chiều dài tối đa

• Dung sai kích thước

• Vị trí PCM

• Dự báo cục bộ tối đa

• Khu vực niêm phong và tab

• Lối ra cáp

• Chiều dài dây

• Đầu nối

• Nhãn và cách nhiệt

• Điều kiện đo

• Khu vực hạn chế áp lực

của ZERNE các giải pháp pin Li-polymer tùy chỉnh có thể kết hợp lựa chọn tế bào, PCM hoặc BMS, NTC, dây dẫn, đầu nối, vật liệu cách điện và kích thước gói xung quanh các yêu cầu về cơ và điện của thiết bị OEM.

Bước 3: Xây dựng mô hình dung sai

So sánh:

• Pin đã hoàn thành tối đa

• Không gian bao vây tối thiểu

• Dung sai bọt và chất kết dính

• Vị trí lắp ráp

• Khu vực cách ly

• Tuyến cáp

• Phụ cấp thay đổi kích thước

Thực hiện phân tích riêng biệt cho các khu vực độ dày, chiều rộng, chiều dài, PCM, cáp và đầu nối.

Bước 4: Xem lại đường dẫn áp suất và nhiệt

Nhận dạng:

• Mọi bề mặt có thể chạm vào pin

• Mọi thành phần có thể ấn vào pin sau khi đóng

• Điều kiện bọt có lực cao nhất

• Nguồn nhiệt gần đó

• Đường dẫn nhiệt dự kiến

• Vị trí cảm biến nhiệt độ

• Hướng có sẵn để thay đổi kích thước

Bước 5: Xây dựng nguyên mẫu mục đích sản xuất

Sử dụng đại diện:

• Mẫu pin

• Vật liệu bao vây

• Bọt

• Chất kết dính

• PCB

• Trưng bày

• Chốt

• Định tuyến cáp

• Bộ sạc

• Phần mềm thiết bị

Vỏ được in 3D có thể giúp kiểm tra độ vừa vặn sớm nhưng độ cứng, đặc tính nhiệt và dung sai của nó có thể khác với vỏ sản xuất.

Bước 6: Kiểm tra nhiều điều kiện dung sai

Khi thực tế, hãy đánh giá các kết hợp đại diện cho:

• Pin có kích thước tối đa trong ngăn có kích thước tối thiểu

• Pin kích thước tối thiểu trong ngăn kích thước tối đa

• Độ dày bọt tối đa

• Khả năng giữ bọt tối thiểu sau quá trình lão hóa

• Pin ở trạng thái sạc phù hợp

• Nhiệt độ hoạt động cao và thấp

• Vị trí lắp ráp cực đoan

Bước 7: Xác thực sản phẩm hoàn chỉnh

Các xét nghiệm liên quan có thể bao gồm:

• Lắp ráp và đóng cửa

• Kiểm tra trực quan sau khi lắp ráp

• Thả và rung

• Sạc

• Tải liên tục tối đa

• Lặp lại tải cao điểm

• Nhiệt độ tăng

• Giữ cáp

• Truy cập trình kết nối

• Lão hóa bọt

• Đi xe đạp nhiệt

• Tháo pin

• Lão hóa nhanh

• Kiểm tra chiều vòng đời

• Kiểm tra kích thước lưu trữ

Đo pin trước và sau khi kiểm tra liên quan và kiểm tra các vết áp suất, hư hỏng túi, mòn cáp, dịch chuyển bọt, hỏng chất kết dính và biến dạng vỏ.

Bước 8: Đóng băng công trình đã được phê duyệt

Điều khiển:

• Số phần pin và sửa đổi

• Kích thước hoàn thiện tối đa

• Mô hình tế bào

• PCM hoặc BMS

• Đầu nối và dây

• Đặc điểm bọt

• Đặc điểm kỹ thuật kết dính

• cách nhiệt

• vị trí lắp đặt

• Tuyến cáp

• Kích thước bao vây

• Phương pháp kiểm tra

• Giới hạn chấp nhận

của ZERNE Hệ thống kiểm soát chất lượng pin Li-polymer bao gồm theo dõi tế bào, kiểm tra cấu trúc, giám sát quy trình và xác minh hiệu suất cuối cùng. Các biện pháp kiểm soát sản xuất này phải được kết nối với các đặc tính của pin được xác định là quan trọng trong quá trình thiết kế ngăn.

Những lỗi thiết kế ngăn chứa pin thường gặp

Danh sách kiểm tra thiết kế ngăn chứa pin

Phong bì pin

• Đã xác nhận độ dày gói thành phẩm tối đa

• Chiều rộng và chiều dài tối đa được xác nhận

• Bao gồm phép chiếu PCM

• Bao gồm nhãn, băng và vật liệu cách nhiệt

• Bao gồm đầu ra cáp và vỏ đầu nối

• Điều kiện đo được ghi lại

Giải phóng mặt bằng và dung sai

• Kích thước vỏ bọc tối thiểu đã được xác nhận

• Đã phân tích dung sai của pin và vỏ

• Bao gồm dung sai vị trí lắp ráp

• Đã xác định vùng cấm

• Xác nhận giải phóng mặt bằng lắp ráp tối thiểu

• Phụ cấp thay đổi chiều trong thời hạn sử dụng hợp lý

Bảo vệ cơ khí

• Không có cạnh sắc gần túi

• Không có vít hoặc tiếp xúc với sườn

• Khu vực niêm phong và tab được bảo vệ

• Kiểm soát chuyển động của pin

• Đánh giá tải trọng rơi và rung

• Pin có thể được lắp đặt mà không cần dùng lực

• Pin có thể được tháo ra mà không làm hỏng túi

Bọt và chất kết dính

• Chất liệu xốp và loại được chỉ định

• Đánh giá nén tối đa và tối thiểu

• Bộ lão hóa và nén được xem xét

• Vùng tiếp xúc rộng và được kiểm soát

• Bao gồm độ dày keo

• Đã xem xét hành vi nhiệt độ kết dính

• Phương pháp loại bỏ được xác định khi cần thiết

Thiết kế nhiệt

• Đã xác định được nguồn nhiệt gần đó

• Pin không được sử dụng làm tản nhiệt

• Nhiệt độ PCM được đánh giá

• Đánh giá nhiệt độ sạc

• Đánh giá nhiệt độ tải tối đa

• Đã thử nghiệm vỏ bọc dành cho mục đích sản xuất

• Đã xác minh vị trí cảm biến nhiệt độ

Cáp và đầu nối

• Đã xác định tuyến cáp

• Bán kính uốn cong chấp nhận được

• Cung cấp giảm căng thẳng

• Cáp không thể bị chèn ép

• Đầu nối có thể được lắp ráp và bảo trì

• Đã xác minh cực tính và sơ đồ chân

• Mở rộng không thể kéo cáp

Xác nhận và sản xuất

• Đã thử nghiệm nhiều mẫu pin

• Đã xem xét các kết hợp dung sai trong trường hợp xấu nhất

• Nhà ở mục đích sản xuất được sử dụng

• Các kích thước liên quan đến lão hóa hoặc chu kỳ được đo

• Đã hoàn tất kiểm tra độ rơi và độ rung

• Các bản sửa đổi về pin và vỏ đã được phê duyệt bị đóng băng

• Kiểm soát bọt, chất kết dính và cách nhiệt

• Các yêu cầu về thông báo thay đổi của nhà cung cấp đã được thiết lập

Thông tin gửi nhà cung cấp pin LiPo

Để hỗ trợ lựa chọn pin và đánh giá ngăn, hãy cung cấp:

• Bản vẽ dung lượng pin có sẵn

• Kích thước bên trong tối thiểu

• Các khu vực bị hạn chế và các thành phần lân cận

• Dung lượng pin mục tiêu

• Điện áp danh định

• Dòng điện liên tục

• Cường độ, thời gian và tần số dòng điện cực đại

• Sạc điện áp và dòng điện

• Mục tiêu thời gian chạy

• Nhiệt độ vận hành và bảo quản

• Mục tiêu vòng đời sản phẩm

• Yêu cầu về đầu nối và dây

• Yêu cầu PCM, BMS hoặc NTC

• Điều kiện rơi và rung

• Phương pháp lắp

• Đề xuất bọt hoặc chất kết dính

• Yêu cầu về khả năng phục vụ

• Khối lượng sản xuất dự kiến

• Thị trường mục tiêu và yêu cầu tuân thủ

Mô hình bao vây ba chiều rất hữu ích, nhưng bản vẽ hai chiều rõ ràng với các kích thước, dung sai, hình chiếu mặt cắt, vị trí vít và vùng ngăn cách có thể hiệu quả hơn cho việc xem xét sớm.

Phần kết luận

Ngăn chứa pin LiPo đáng tin cậy được thiết kế xung quanh hệ thống pin hoàn chỉnh chứ không phải kích thước túi pin danh nghĩa.

Thiết kế phải cung cấp đủ không gian cho dung sai đóng gói hoàn chỉnh, lắp ráp, định tuyến cáp và thay đổi kích thước tuổi thọ sử dụng hợp lý. Đồng thời, nó phải ngăn chặn sự di chuyển quá mức, áp suất tập trung, nén không kiểm soát và tiếp xúc với nhiệt từ các thiết bị điện tử gần đó.

Bọt, chất kết dính, lớp cách nhiệt, gân vỏ, ốc vít và cách định tuyến cáp đều ảnh hưởng đến môi trường cuối cùng của pin. Những chi tiết này phải được chỉ định và xác nhận thay vì để điều chỉnh dây chuyền sản xuất.

Quan trọng nhất, không có giới hạn chung về độ hở, lực nén hoặc độ phồng áp dụng cho mọi loại pin LiPo. Các giá trị cuối cùng phải dựa trên ô đã chọn, kết cấu đóng gói thành phẩm, hồ sơ vận hành, phạm vi nhiệt độ, mục tiêu vòng đời sản phẩm, dữ liệu của nhà cung cấp và thử nghiệm trên thiết bị dành cho mục đích sản xuất.

Bằng cách xem xét các yếu tố này trước khi đóng băng thiết kế vỏ, nhóm OEM có thể giảm thiểu các vấn đề về lắp ráp ở giai đoạn cuối, bảo vệ túi trong quá trình lắp ráp và sử dụng, đồng thời tạo ra một lộ trình đáng tin cậy hơn từ lấy mẫu pin đến sản xuất hàng loạt.

Câu hỏi thường gặp

Ngăn chứa pin LiPo nên có khoảng trống bao nhiêu?

Không có giá trị giải phóng mặt bằng phổ quát. Ngăn này phải được tính toán bằng cách sử dụng kích thước đóng gói thành phẩm tối đa, kích thước vỏ bọc tối thiểu, yêu cầu lắp ráp, dung sai bọt hoặc chất kết dính, không gian cáp và mức cho phép hợp lý đối với sự thay đổi kích thước trong vòng đời dự kiến ​​của sản phẩm.

Pin LiPo có nên lắp chặt vào vỏ không?

Pin phải được giữ lại mà không bị ép không kiểm soát hoặc áp lực cục bộ. Sự vừa khít chỉ dựa trên kích thước danh nghĩa có thể trở nên quá mức khi dung sai của pin, bọt và vỏ đạt đến mức kết hợp trong trường hợp xấu nhất.

Pin LiPo có cần nén không?

Một số ứng dụng dạng túi sử dụng khả năng nén có kiểm soát, trong khi những ứng dụng khác sử dụng khả năng lưu giữ tuân thủ với khoảng hở xác định. Cách tiếp cận đúng phụ thuộc vào thiết kế pin, kích thước, thành phần hóa học, yêu cầu của nhà cung cấp, đặc tính tải và tuổi thọ dự kiến. Không sao chép giá trị nén từ một ô không liên quan.

Có thể đặt bọt trực tiếp lên pin LiPo được không?

Bọt thích hợp có thể được sử dụng để phân phối chuyển động tiếp xúc và kiểm soát, nhưng vật liệu, diện tích, độ dày, lực nén, đặc tính nhiệt độ và đặc tính lão hóa của nó phải được đánh giá. Một miếng đệm xốp nhỏ hoặc quá cứng có thể tạo ra áp lực tập trung.

Tôi nên cho phép pin LiPo bị phồng như thế nào?

Sử dụng dữ liệu kích thước của nhà cung cấp và các thử nghiệm lão hóa dành riêng cho ứng dụng để thiết lập mức cho phép. Xem xét trạng thái sạc, nhiệt độ, vòng đời, lưu trữ, điện áp sạc, tải và áp suất tác dụng. Đừng dựa vào một tỷ lệ phần trăm chung chung.

Có phải tất cả sự thay đổi độ dày của túi túi đều là dấu hiệu của sự cố?

Không nhất thiết phải như vậy. Các tế bào túi có thể trải qua những thay đổi kích thước hạn chế có thể đảo ngược và liên quan đến lão hóa. Sự phồng lên, nóng lên, rò rỉ, mùi hôi, biến dạng vỏ bọc hoặc hoạt động bất thường nhanh chóng hoặc quá mức phải được coi là tình trạng bất thường tiềm ẩn và được xử lý theo quy trình dịch vụ và an toàn của sản phẩm.

Pin có thể được lắp dưới PCB hoặc màn hình không?

Điều này có thể thực hiện được, nhưng thiết kế phải ngăn chặn việc mở rộng pin hoặc tải vỏ làm cong PCB, nâng màn hình hoặc ấn các bộ phận vào túi. Các bộ phận dễ vỡ và sắc nhọn không được trở thành điểm dừng của pin.

Tôi có nên kiểm tra độ vừa vặn của pin ở trạng thái sạc cụ thể không?

Các điều kiện đo lường và xác nhận phải được xác định với nhà cung cấp. Kích thước pin có thể thay đổi tùy theo trạng thái sạc, nhiệt độ và tuổi thọ, vì vậy chỉ kiểm tra một pin mới ở trạng thái sạc không xác định là không đủ.

Tại sao pin phù hợp trong quá trình tạo mẫu nhưng không phù hợp trong sản xuất?

Các nguyên nhân có thể bao gồm dung sai của pin, dung sai đúc của vỏ, vị trí PCM, sự thay đổi của bọt, độ dày của chất kết dính, định tuyến cáp, độ dày của nhãn, độ lệch lắp ráp hoặc sự khác biệt giữa nguyên mẫu và vật liệu sản xuất.

Có nên cất dây pin thừa bên dưới túi đựng không?

Nói chung nên tránh điều này trừ khi gói hàng và ngăn được thiết kế riêng cho việc định tuyến đó. Dây hoặc đầu nối bên dưới túi có thể tạo ra điểm áp suất và làm cho chiều cao của pin được lắp đặt không nhất quán.

Làm cách nào để kiểm tra xem vỏ có đang nén pin hay không?

So sánh các phép đo kích thước trước và sau khi đóng vỏ, kiểm tra màng nhạy áp lực khi thích hợp, kiểm tra pin để tìm dấu tiếp xúc, xem xét độ lệch của vỏ do dây buộc gây ra và kiểm tra các điều kiện dung sai tối đa của pin và ngăn tối thiểu.

Khi nào nên thiết kế ngăn đựng pin đông lạnh?

Đóng băng thiết kế sau khi pin, vỏ, bọt, chất kết dính, vật liệu cách nhiệt, tuyến cáp, bộ sạc và phần cứng thiết bị dành cho mục đích sản xuất đã vượt qua quá trình xác nhận về cơ, điện, nhiệt, môi trường, lão hóa và lắp ráp bắt buộc.