Danh sách kiểm tra thiết kế pin lithium tùy chỉnh cho các dự án OEM

Dự án pin lithium tùy chỉnh hiếm khi thất bại vì người mua không biết dung lượng cần thiết. Thông thường, các vấn đề bắt đầu khi đặc tả ban đầu không đầy đủ.

Nhóm OEM có thể cung cấp điện áp và công suất mục tiêu nhưng bỏ qua ngăn chứa pin, dòng điện cực đại, vị trí đầu nối, phương pháp sạc, nhiệt độ vận hành hoặc các yêu cầu bảo vệ. Sau đó, nhà cung cấp có thể chuẩn bị báo giá dựa trên các giả định. Những giả định đó có thể tạo ra vấn đề trong quá trình lấy mẫu, tích hợp thiết bị hoặc sản xuất hàng loạt.

Do đó, quy trình thiết kế pin tùy chỉnh thực tế nên bắt đầu bằng bản tóm tắt dự án hoàn chỉnh. Mục tiêu không phải là để người mua quyết định từng chi tiết kỹ thuật một mình. Mục đích là cung cấp đủ thông tin đáng tin cậy để nhà sản xuất đánh giá tính khả thi, đề xuất kiến ​​trúc pin phù hợp và xác định các yêu cầu vẫn cần xác nhận.

Danh sách kiểm tra này bao gồm các thông tin chính cần thiết trước khi yêu cầu báo giá hoặc mẫu pin tùy chỉnh.

Trả lời nhanh: Thông tin gì cần thiết cho pin lithium tùy chỉnh?

Người mua OEM thường nên chuẩn bị các thông tin sau:

Thông tin dự án càng đầy đủ thì việc đánh giá pin lithium ion tùy chỉnh trước khi thiết kế, báo giá, lấy mẫu và sản xuất càng dễ dàng hơn.

1. Xác định ứng dụng pin trước tiên

Pin phải được thiết kế xung quanh thiết bị thay vì được chọn làm bộ phận biệt lập.

Bắt đầu bằng cách mô tả:

• Thiết bị làm gì;

• Tần suất hoạt động của nó;

• Nó hoạt động liên tục hay không liên tục;

• Liệu nó có chế độ chờ và hoạt động hay không;

• Cho dù đó là thiết bị di động, cố định, thiết bị đeo hay công nghiệp;

• Pin có thể thay thế được hay được lắp cố định;

• Thiết bị có giao tiếp không dây hay không;

• Liệu pin có bị rung, va đập, độ ẩm hoặc thay đổi nhiệt độ hay không.

Ví dụ: thiết bị theo dõi GPS có thể dành phần lớn thời gian ở chế độ chờ nhưng yêu cầu dòng điện cao hơn trong thời gian ngắn để định vị và truyền dữ liệu. Một thiết bị y tế có thể yêu cầu đầu ra ổn định và khả năng bảo vệ được kiểm soát cẩn thận. Một sản phẩm đeo được có thể chú trọng hơn đến độ dày, trọng lượng, tính linh hoạt và sự thoải mái.

Thông tin ứng dụng giúp nhà sản xuất đánh giá mối quan hệ giữa công suất, nhu cầu hiện tại, quy mô, khả năng bảo vệ và thời gian chạy dự kiến.

2. Xác nhận yêu cầu điện áp

Điện áp là một trong những thông số kỹ thuật đầu tiên phải được xác nhận.

Đặc điểm kỹ thuật cần phân biệt giữa:

• Điện áp danh định;

• Điện áp hoạt động bình thường;

• Điện áp sạc đầy;

• Điện áp cắt;

• Dải điện áp đầu vào của thiết bị;

• Yêu cầu đầu ra của bộ sạc.

Một thiết bị có thể được thiết kế dựa trên pin một cell hoặc bộ pin nhiều cell. Điện áp yêu cầu có thể ảnh hưởng đến cấu hình tế bào, mạch bảo vệ, hệ thống sạc, đầu nối và chiến lược quản lý pin.

Không chỉ cung cấp cụm từ như 'pin 12 V' mà không giải thích cách thiết bị và bộ sạc sử dụng điện áp đó. Nhà sản xuất cũng cần biết liệu thiết bị có chấp nhận sự thay đổi điện áp trong quá trình phóng điện hay không và liệu đầu ra được điều chỉnh có cần thiết hay không.

Sự không phù hợp về điện áp có thể dẫn đến:

• Sạc không tương thích;

• Tắt thiết bị;

• Giảm công suất sử dụng;

• Nhu cầu hiện tại quá mức;

• Kích hoạt bảo vệ;

• Yêu cầu chuyển đổi năng lượng bổ sung.

Do đó, điện áp phải được xem xét cùng với thiết kế nguồn điện và thiết kế sạc của thiết bị.

3. Xác định yêu cầu về công suất và năng lượng

Dung lượng thường được biểu thị bằng miliampe-giờ hoặc mAh. Dung lượng lớn hơn có thể hỗ trợ thời gian chạy lâu hơn nhưng cũng có thể làm tăng kích thước, trọng lượng, chi phí và thời gian sạc của pin.

Cung cấp các thông tin sau nếu có thể:

• Dung lượng yêu cầu tính bằng mAh hoặc Ah;

• Thời gian chạy mục tiêu;

• Dòng điện hoạt động trung bình;

• Dòng điện dự phòng;

• Thời lượng dòng điện cực đại;

• Chu kỳ nhiệm vụ;

• dự trữ pin dự kiến;

• Tần số sạc;

• Trọng lượng pin chấp nhận được.

Đối với các ứng dụng có công suất cao hơn, việc thảo luận về năng lượng tính bằng watt-giờ cũng có thể hữu ích:

Năng lượng (Wh)=Điện áp danh định (V)×Công suất (Ah)

Thời gian chạy có thể sử dụng của pin không chỉ phụ thuộc vào dung lượng danh nghĩa mà còn phụ thuộc vào tải của thiết bị, nhiệt độ vận hành, tốc độ xả, cài đặt ngắt, điều kiện sạc và hiệu suất hệ thống.

Một thông số kỹ thuật OEM hữu ích không nên chỉ nêu rõ:

Pin yêu cầu: 3,7 V, 2.000 mAh.

Nó nên giải thích:

Thiết bị cần có pin sạc có điện áp danh định tương thích với hệ thống, dung lượng mục tiêu khoảng 2.000 mAh, dòng điện hoạt động xác định, yêu cầu dòng điện cực đại và thời gian chạy dự kiến ​​tối thiểu trong các điều kiện hoạt động cụ thể.

Công suất cuối cùng phải được xác nhận thông qua thử nghiệm mẫu thay vì chỉ được chọn từ giá trị danh mục.

4. Xác định dòng điện bình thường, liên tục và dòng điện cực đại

Nhu cầu hiện tại ảnh hưởng đến việc lựa chọn tế bào, sụt áp, điện trở trong, cài đặt bảo vệ và hoạt động nhiệt.

Bản tóm tắt thiết kế nên tách biệt:

• Dòng điện hoạt động bình thường;

• Dòng điện tối đa liên tục;

• Dòng điện cực đại;

• Dòng khởi động hoặc khởi động;

• Thời lượng dòng điện cực đại;

• Tần suất xảy ra sự kiện cao điểm;

• Dòng sạc.

Một thiết bị tiêu thụ dòng điện trung bình thấp vẫn có thể cần pin có khả năng cung cấp dòng điện ngắn hạn cao hơn nhiều. Nếu điều này không được xác định trong giai đoạn thiết kế, pin có thể bị sụt áp quá mức hoặc kích hoạt tính năng bảo vệ quá dòng.

Dòng điện đỉnh phải được mô tả kèm theo một khoảng thời gian. Ví dụ:

• 2 A cho hoạt động bình thường;

• 5 Đỉnh trong 3 giây;

• Sự kiện cao điểm lặp lại cứ sau 10 phút.

Thông tin này hữu ích hơn một tuyên bố chung chung như 'pin dòng điện cao.'

5. Đo dung lượng pin còn trống

Sự phù hợp về cơ học là một phần cốt lõi của thiết kế pin tùy chỉnh.

Cung cấp bản vẽ, mô hình 3D hoặc số đo chính xác của ngăn chứa pin, bao gồm:

• Chiều dài tối đa;

• Chiều rộng tối đa;

• Độ dày tối đa;

• Chiều cao có sẵn;

• Hướng lắp đặt;

• Điểm lắp đặt;

• Phương pháp lưu giữ;

• Giải phóng mặt bằng xung quanh pin;

• Không gian cho bảng bảo vệ;

• Không gian cho đầu nối và dây điện;

• Định tuyến cáp;

• Truy cập để thay thế hoặc kiểm tra.

Không chỉ đo ngăn trống. Thiết kế cũng nên xem xét:

• Cách nhiệt;

• Vật liệu bảo vệ;

• Chiều cao đầu nối;

• Bán kính uốn cáp;

• Dung sai sản xuất;

• Giải phóng mặt bằng lắp ráp;

• Tản nhiệt;

• nén cơ học;

• Có thể thay đổi kích thước trong quá trình sản xuất.

Đối với các sản phẩm nhỏ gọn, sự khác biệt về vị trí đầu nối hoặc hướng ổ cắm cáp có thể khiến pin không vừa khít ngay cả khi kích thước của ô có vẻ chính xác.

của ZERNE Các giải pháp pin lithium tùy chỉnh có thể được đánh giá theo kích thước, công suất, hệ thống bảo vệ, đầu nối và điều kiện ứng dụng cần thiết. Thiết kế cuối cùng vẫn cần được xác nhận dựa trên vỏ thiết bị thực tế.

6. Quyết định hình dạng và cấu trúc của pin

Pin lithium tùy chỉnh có thể sử dụng định dạng hình chữ nhật tiêu chuẩn, định dạng mỏng, thiết kế cong hoặc hình dạng khác phù hợp với thiết bị.

Thông số kỹ thuật sẽ xác định xem pin có cần:

• Hình chữ nhật tiêu chuẩn;

• Cấu trúc mỏng và phẳng;

• Một hình dạng cong hoặc hình dạng;

• Một bộ pin nhiều cell;

• Vỏ có thể tháo rời;

• Vỏ bọc cứng nhắc;

• Một cấu trúc gắn tùy chỉnh;

• Một hướng tế bào cụ thể.

Sự lựa chọn phải dựa trên cấu trúc thiết bị và yêu cầu sản xuất. Hình dạng được tùy chỉnh hoàn toàn có thể cải thiện việc sử dụng không gian, nhưng nó cũng có thể ảnh hưởng đến tính nhất quán của dụng cụ, lắp ráp, kiểm tra, đóng gói và sản xuất.

Đối với ngăn hình chữ nhật thông thường, cấu trúc tiêu chuẩn có thể thực tế hơn. Đối với các thiết bị không đều hoặc có kích thước rất nhỏ gọn, pin có hình dạng hoặc mỏng có thể mang lại khả năng tích hợp tốt hơn.

Trước khi cam kết sử dụng một cấu trúc được tùy chỉnh hoàn toàn, các nhóm OEM cũng có thể so sánh sự cân bằng giữa một pin lithium tùy chỉnh và bộ pin có sẵn.

Thiết kế cũng phải xác định xem bộ pin có yêu cầu:

• Kết nối hàng loạt;

• Kết nối song song;

• Cấu hình song song nối tiếp;

• Kết hợp tế bào;

• Một bảng bảo vệ riêng biệt;

• BMS hỗ trợ giao tiếp.

7. Chỉ định đầu nối và nối dây

Đầu nối là một phần của giao diện pin và phải được xác nhận trước khi lấy mẫu.

Cung cấp:

• Nhãn hiệu hoặc dòng đầu nối, nếu được yêu cầu;

• Số lượng chân;

• Định hướng kết nối;

• Vị trí kết nối;

• chiều dài cáp;

• Máy đo dây;

• Hướng thoát dây;

• Phân cực;

• Yêu cầu về chì cân bằng;

• Bố trí dây sạc và dây xả.

Pin có thể có điện áp và dung lượng chính xác nhưng vẫn không tích hợp được thiết bị do đầu nối không tương thích với bo mạch chính hoặc do cáp thoát ra sai phía.

Đầu nối phải được xem xét cùng với:

• Không gian có sẵn;

• Hướng chèn;

• Phương pháp khóa;

• Điều kiện rung động;

• Trình tự lắp ráp;

• Yêu cầu dịch vụ;

• Yêu cầu hiện tại.

Để xem xét chi tiết hơn về đầu nối, hãy tham khảo Đầu nối pin LiPo và tùy chọn nối dây tùy chỉnh.

8. Xác định các yêu cầu về PCM, BMS và cảm biến nhiệt độ

Hệ thống bảo vệ phải được lựa chọn theo yêu cầu của thiết bị và kiến ​​trúc pin.

Bản tóm tắt thiết kế cần làm rõ liệu dự án có cần:

• Bảo vệ quá tải;

• Bảo vệ quá tải;

• Bảo vệ quá dòng;

• Bảo vệ ngắn mạch;

• Giám sát nhiệt độ;

• Cân bằng tế bào;

• Thông tin trạng thái phí;

• Chức năng giao tiếp;

• Kiểm soát sạc và xả;

• Giao diện pin thông minh.

Pin một cell có thể sử dụng mạch bảo vệ có chức năng tương đối đơn giản. Bộ pin nhiều cell có thể yêu cầu BMS tiên tiến hơn để giám sát, cân bằng, ghi lỗi, liên lạc hoặc tích hợp hệ thống.

Người mua cũng nên giải thích vai trò của hệ thống bảo vệ:

• Bộ sạc có được điều khiển bằng pin không?

• Máy có cần thông tin trạng thái pin không?

• NTC có cần thiết không?

• Thiết bị có giao tiếp qua SMBus, CAN hoặc giao thức khác không?

• BMS cần được đặt bên trong hay bên ngoài vỏ pin?

Để có giải thích chung về lựa chọn hệ thống bảo vệ, hãy liên kết tới PCM so với BMS cho pin LiPo.

9. Mô tả môi trường hoạt động

Các yêu cầu về hiệu suất và thiết kế của pin có thể thay đổi đáng kể tùy theo môi trường hoạt động.

Thông số kỹ thuật nên bao gồm:

• Phạm vi nhiệt độ hoạt động;

• Nhiệt độ bảo quản;

• Nhiệt độ sạc;

• Độ ẩm;

• Rung động;

• Sốc;

• Tiếp xúc với bụi hoặc nước;

• Độ cao;

• Sử dụng trong nhà hoặc ngoài trời;

• Tuổi thọ sử dụng dự kiến;

• Thời gian lưu trữ trước khi cài đặt.

Nhiệt độ đặc biệt quan trọng vì điều kiện sạc và xả có thể không giống nhau. Pin được sử dụng ngoài trời, bên trong thiết bị công nghiệp hoặc gần bộ phận tạo nhiệt có thể cần đánh giá nhiệt bổ sung.

Thiết kế cũng phải xác định xem ngăn chứa pin có:

• Bao bọc đầy đủ;

• Thông gió;

• Gần nguồn nhiệt;

• Tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời;

• Chịu sự chuyển động cơ học lặp đi lặp lại.

Những chi tiết này cần được xem xét trước khi lựa chọn tế bào, hệ thống bảo vệ, vỏ bọc và kế hoạch thử nghiệm.

10. Xác nhận yêu cầu sạc

Pin tùy chỉnh phải tương thích với hệ thống sạc dự định.

Cung cấp:

• Loại sạc;

• Điện áp đầu ra của bộ sạc;

• Dòng sạc tối đa;

• Phương pháp sạc;

• Yêu cầu sạc cân bằng;

• Đầu nối sạc;

• Giới hạn nhiệt độ sạc;

• Thời gian sạc dự kiến;

• Việc sạc có diễn ra bên trong thiết bị hay không.

Nhà sản xuất pin phải hiểu cách bộ sạc, pin, hệ thống bảo vệ và thiết bị hoạt động cùng nhau. Thông số kỹ thuật của pin không bao gồm bộ sạc có thể không đầy đủ.

Không nên chỉ chọn bộ sạc theo dung lượng pin danh nghĩa. Nó cũng phải phù hợp với cấu hình pin, cài đặt bảo vệ, điện áp sạc, giới hạn dòng điện và điều kiện ứng dụng.

11. Chuẩn bị các yêu cầu kiểm tra và xác nhận

Trước khi sản xuất hàng loạt, thiết kế pin phải được xác nhận dựa trên thiết bị.

Bản tóm tắt dự án ban đầu cần xác định phạm vi xác nhận dự kiến, chẳng hạn như:

• Kiểm tra năng lực;

• Kiểm tra sạc và xả;

• Xác minh thời gian chạy;

• Kiểm tra dòng điện đỉnh;

• Đo điện trở trong;

• Giám sát nhiệt độ;

• Kiểm tra đầu nối và cáp;

• Phù hợp cơ khí;

• Kiểm tra độ rung hoặc va đập;

• Sạc và xả nhiều lần;

• Kiểm tra tích hợp cấp thiết bị.

Các điều kiện thử nghiệm phải được xác định càng rõ ràng càng tốt. Kết quả công suất có thể khác nhau tùy thuộc vào dòng điện, nhiệt độ, điện áp cắt, phương pháp sạc và thiết bị kiểm tra.

Mẫu phải đại diện cho thiết kế sản xuất dự kiến. Nếu tế bào, bảng bảo vệ, đầu nối, dây hoặc vỏ thay đổi sau khi thử nghiệm, dự án có thể yêu cầu xem xét hoặc xác nhận lại bổ sung.

Để có cái nhìn theo từng giai đoạn về đánh giá yêu cầu, phát triển nguyên mẫu, xác nhận, sản xuất thử nghiệm và sản xuất hàng loạt, hãy xem Từ nguyên mẫu đến sản xuất hàng loạt: Các giai đoạn phát triển pin tùy chỉnh.

Bài viết này tập trung vào những thông tin cần thiết trước khi thiết kế và báo giá. Tiêu chí chấp nhận mẫu chi tiết phải được xử lý trong hướng dẫn xác nhận mẫu pin riêng.

12. Xác định nhu cầu tuân thủ và tài liệu

Các yêu cầu tuân thủ phụ thuộc vào cấu trúc pin, thị trường đích, danh mục sản phẩm, phương thức vận chuyển và yêu cầu của khách hàng.

Trước khi báo giá, hãy xác định xem dự án có thể yêu cầu:

• Tài liệu kiểm tra UN 38.3;

• SDS hoặc MSDS;

• Thông số kỹ thuật sản phẩm;

• Nhãn pin;

• Chứng từ vận tải;

• RoHS hoặc các tuyên bố về vật liệu khác;

• Yêu cầu cụ thể của thị trường;

• Hồ sơ kiểm tra cụ thể của khách hàng.

Người mua cũng nên làm rõ:

• Nước đến;

• Phương thức vận chuyển;

• Phân loại sản phẩm;

• Liệu pin có được lắp đặt trong thiết bị hay không;

• Liệu khách hàng có cần báo cáo thử nghiệm hoặc tuyên bố hay không;

• Liệu tài liệu có phải bao gồm một mẫu pin hoặc thiết kế sản xuất cụ thể hay không.

Chứng nhận và tài liệu vận chuyển phải được xem xét dựa trên kết cấu pin cuối cùng. Tài liệu về nguyên mẫu trước đó có thể không tự động thể hiện thiết kế sản xuất sau này.

13. Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật của pin OEM

Trước khi yêu cầu báo giá, hãy xác nhận các mục sau.

Ứng dụng

• Tên thiết bị và ứng dụng;

• Chế độ hoạt động;

• Mục tiêu thời gian chạy;

• Môi trường hoạt động;

• Giai đoạn sản xuất dự kiến

Điện

• Điện áp danh định;

• Điện áp sạc đầy;

• Dung tích;

• Dòng điện bình thường;

• Dòng điện cực đại;

• Dòng sạc;

• Yêu cầu cắt giảm.

Cơ khí

• Chiều dài tối đa;

• Chiều rộng tối đa;

• Độ dày tối đa;

• Giới hạn trọng lượng;

• Không gian kết nối;

• Phương pháp lắp đặt;

• Tuyến cáp;

• Giải phóng mặt bằng bao vây.

Bảo vệ và giao diện

• PCM hoặc BMS;

• NTC;

• Cân bằng tế bào;

• Giao tiếp;

• Đầu nối;

• Chiều dài dây;

• Vị trí thoát dây.

Sản xuất và tuân thủ

• Số lượng nguyên mẫu;

• Khối lượng sản xuất ước tính;

• Yêu cầu thử nghiệm mẫu;

• Thị trường mục tiêu;

• Nhu cầu về tài liệu;

• Yêu cầu đóng gói và vận chuyển.

Nếu dự án đang tiến tới báo giá thì các yếu tố thúc đẩy chi phí chính cũng cần được xem xét. Hướng dẫn riêng về chi phí gói pin lithium tùy chỉnh và các yếu tố định giá OEM có thể giúp các nhóm mua sắm chuẩn bị cho cuộc thảo luận đó.

Câu hỏi thường gặp

Bước đầu tiên trong thiết kế pin tùy chỉnh là gì?

Bước đầu tiên là xác định ứng dụng của thiết bị và các yêu cầu về điện, cơ khí, môi trường và sản xuất của nó. Pin nên được thiết kế xung quanh thiết bị thay vì chỉ chọn theo điện áp hoặc công suất.

Tôi nên gửi thông tin gì cho nhà sản xuất pin tùy chỉnh?

Gửi điện áp pin, dung lượng, nhu cầu hiện tại, kích thước, chi tiết đầu nối, ứng dụng, môi trường vận hành, số lượng dự kiến ​​và mọi yêu cầu PCM/BMS, thử nghiệm hoặc tuân thủ.

Pin lithium tùy chỉnh có thể được sản xuất theo kích thước cụ thể không?

Kích thước pin tùy chỉnh có thể được phát triển theo cấu trúc thiết bị và không gian lắp đặt có sẵn. Kích thước cuối cùng phải bao gồm lớp cách điện, các bộ phận bảo vệ, đầu nối, dây cáp, dung sai và khe hở lắp ráp.

Tôi có cần chỉ định BMS trước khi yêu cầu báo giá không?

Bạn nên giải thích các yêu cầu về thiết bị và bảo vệ, nhưng bạn có thể không cần phải tự mình chọn kiểu BMS chính xác. Nhà sản xuất có thể đề xuất PCM hoặc BMS phù hợp sau khi xem xét cấu hình pin, dòng điện, phương pháp sạc, nhu cầu liên lạc và điều kiện hoạt động.

Tại sao chi tiết kết nối lại quan trọng?

Đầu nối ảnh hưởng đến khả năng tương thích điện, lắp ráp, định tuyến cáp, không gian sẵn có và khả năng bảo trì. Loại đầu nối, cực tính, vị trí, chiều dài cáp và hướng thoát dây phải được xác nhận trước khi lấy mẫu.

Những gì cần được kiểm tra trước khi sản xuất hàng loạt?

Mẫu có thể cần kiểm tra công suất, sạc và xả, thời gian chạy, dòng điện, nhiệt độ, độ vừa vặn cơ học, đầu nối và tích hợp thiết bị. Kế hoạch xác nhận cuối cùng phải phù hợp với ứng dụng và thông số kỹ thuật đã thống nhất.

Phần kết luận

Thông số kỹ thuật hoàn chỉnh là nền tảng của một dự án pin lithium tùy chỉnh thành công.

Trước khi yêu cầu báo giá hoặc mẫu, người mua OEM phải xác định ứng dụng, điện áp, công suất, nhu cầu hiện tại, kích thước, cấu trúc pin, đầu nối, hệ thống bảo vệ, phương pháp sạc, môi trường vận hành, yêu cầu thử nghiệm, kỳ vọng sản xuất và tài liệu tuân thủ.

Mục đích của danh sách kiểm tra thiết kế pin tùy chỉnh không phải là buộc người mua phải đưa ra mọi quyết định kỹ thuật một mình. Nó nhằm cung cấp cho nhà sản xuất pin đủ thông tin đáng tin cậy để đánh giá tính khả thi, xác định rủi ro, đề xuất thiết kế phù hợp và chuẩn bị báo giá chính xác hơn.

Đối với dự án pin lithium tùy chỉnh, hãy chia sẻ ứng dụng thiết bị của bạn, dung lượng mục tiêu, điện áp, dung lượng pin sẵn có, nhu cầu hiện tại, yêu cầu về đầu nối, số lượng dự kiến ​​và nhu cầu thử nghiệm với nhóm kỹ thuật pin tùy chỉnh của ZERNE. Nhóm có thể xem xét thông số kỹ thuật ban đầu và giúp phát triển giải pháp pin phù hợp để lấy mẫu và sản xuất.