La demande croissante d'électronique portable plus petite, plus légère et plus puissante dépend des progrès de batterie lithium-ion (li-ion) technologie. La conception de batteries pour les appareils modernes nécessite d'équilibrer la densité d'énergie, la sécurité, la taille, le poids, le coût et la conformité réglementaire.
Battery pack dimension and weight limitations
Les batteries plus grandes offrent généralement un courant plus élevé pour des durées plus longues.
Cependant, les appareils portables sont confrontés au poids et aux limitations de l'espace, obligeant les fabricants à concevoir des packs légers qui fournissent toujours une puissance substantielle.
Les batteries au lithium-ion sont disponibles dans divers formats pour ces appareils, y compris cylindrique, prismatiqueet cellules polymères de la poche.
Cylindrical cells (e.g., 18650, 26650, 21700)
Les cellules cylindriques sont avec une fabrication mature, une énergie spécifique élevée (200-260 wh / kg), une excellente gestion thermique et une efficacité. Mais leur forme rigide limite la densité d'énergie volumétrique (500-600 wh / l) et la flexibilité de conception.
L'intégration de plusieurs cellules ajoute de la complexité et de l'espace inefficace. Ils sont couramment utilisés dans les dispositifs médicaux portables, les outils commerciaux et militaires portables et les outils électriques.
Prismatic cells
Prismatic cells have a rectangular casing and typically offer higher volumetric energy density (600-700 Wh/L) than cylindrical cells due to better space use.
Ils ont une flexibilité de conception intermédiaire mais peuvent avoir une énergie spécifique légèrement inférieure (160-220 wh / kg) et un coût plus élevé par kWh. La gestion thermique peut également être plus difficile.
Cellules polymères (cellules de poche)
Les cellules polymères ont des boîtiers de stratifiés en aluminium flexibles et une densité d'énergie volumétrique élevée (600-800 WH / L), ce qui les rend adaptés à des formes minces ou irrégulières.
Ils offrent un bon rapport poids / capacité (250-300 wh / kg) mais manquent de rigidité mécanique, nécessitant un fort soutien structurel.
Les défis incluent la gestion thermique et les coûts de fabrication. Ces cellules sont souvent utilisées dans des appareils portables comme les appareils portables, les équipements médicaux, les drones, les ordinateurs portables et les comprimés.
Watt-hour limitations
Un paramètre de conception clé est la capacité d'énergie totale, mesurée en wattheures (WH = tension * HORS AMP). L'augmentation du WH étend l'exécution mais augmente également la taille, le poids et le coût.
Les réglementations de sécurité imposent des limites strictes à WH pour les voyages en avion: cellules de moins de 20 WH et blocs-piles sous 100 WH est autorisé sans restrictions.
Entre 100-160 WH, il faut l'approbation des compagnies aériennes, avec un maximum de deux par passager ou des pièces de rechange. Les emballages de plus de 160 WH sont généralement interdits en tant que bagage à main. Ces réglementations ont un impact significatif sur l'énergie maximale disponible pour les ultraportables à haute performance comme les ordinateurs portables premium.
Charging design options
La charge des batteries lithium-ion nécessite des paramètres spécifiques.
Contrairement à d'autres batteries, ils ont besoin de chargeurs dédiés en raison des variations de conception du fabricant affectant les paramètres de courant et de tension.
Avec une résistance plus faible, les cellules lithium-ion permettent une charge plus rapide, de sorte que les chargeurs doivent fournir le courant correct sans surcharge ni sous-charge. Les chargeurs personnalisés pour des packs de batteries spécifiques sont préférés aux modèles standard.
BMS designs
Les systèmes de gestion des batteries (BMS) protègent les batteries lithium-ion contre des problèmes tels que des températures élevées, une surcharge, une sous-charge et emballement thermique. Les réglementations obligent l'installation de BMS pour tous batteries au lithium, y compris les appareils portables.
Pour les portables, les caractéristiques BMS incluent la surveillance de la température, la gestion de surfacturation et la décharge et le diagnostic des défauts.
L'interopérabilité est également essentielle pour communiquer l'état de la batterie entre les réseaux et les systèmes de contrôleur.
Enclosure special features
Safety is key for portable devices using lithium-ion batteries. These batteries must be protected from punctures and damage if the device is dropped or mishandled.
La protection des circuits, comme les dispositifs de coefficient de température positive polymère (PPTC), peut protéger les circuits pendant l'expédition et le transport.
Les enclos protègent également les batteries lithium-ion contre les chocs et les vibrations tout en permettant la ventilation du gaz et la dissipation thermique.
Les fabricants offrent diverses options de boîtier, notamment la pellicule rétractable, le plastique sous vide et le plastique moulé par injection, qui subissent des tests de chute de sécurité pour assurer la durabilité et la fiabilité.
Portability regulations
Les réglementations de transport pour les batteries au lithium-ion s'appliquent aux appareils portables et non portables.
Toutes les batteries au lithium doivent inclure BMS composants, expédiés séparément ou installés. Ils sont limités à un maximum de 100 wattheures à moins d'être approuvés par le transporteur. Les appareils portables nécessitent des tests de sécurité et une certification.
Starting January 2026, lithium-ion batteries shipped alone must have a state of charge (SoC) of 30% or less. Also, packaging for non-specification shipping must meet the 3. 0 meter stack test if containing batteries within or packed with devices.
Conclusion
La conception de batteries lithium-ion pour les appareils portables dépend des besoins de l'appareil, des normes de l'industrie (telles que celles à usage médical ou militaire) et des réglementations nécessaires. UN Fabricant de piles personnalisés Comme la batterie Holo peut aider à déterminer la bonne technologie et les bonnes fonctionnalités pour vous assurer que votre batterie fonctionne efficacement, reste fiable et est sûre.
