De groeiende vraag naar kleinere, lichtere en krachtigere draagbare elektronica is afhankelijk van de vooruitgang op het gebied van de elektronica lithium-ion (Li-ion) batterij technologie. Het ontwerpen van batterijpakketten voor moderne apparaten vereist een evenwicht tussen energiedichtheid, veiligheid, grootte, gewicht, kosten en naleving van de regelgeving.
Afmetingen en gewichtsbeperkingen van het batterijpakket
Grotere accupakketten leveren doorgaans een hogere stroom gedurende langere perioden.
Draagbare apparaten hebben echter te maken met gewichts- en ruimtebeperkingen, waardoor fabrikanten lichtgewicht pakketten moeten ontwerpen die nog steeds aanzienlijk vermogen leveren.
Voor deze apparaten zijn lithium-ionbatterijen in verschillende formaten verkrijgbaar, waaronder cilindrisch, prismatischen buidelpolymeercellen.
Cilindrische cellen (bijv. 18650, 26650, 21700)
Cilindrische cellen hebben een volwassen productie, hoge specifieke energie (200-260 Wh/kg), uitstekend thermisch beheer en kosteneffectiviteit. Maar hun stijve vorm beperkt de volumetrische energiedichtheid (500-600 Wh/L) en ontwerpflexibiliteit.
Het integreren van meerdere cellen zorgt voor complexiteit en inefficiënte ruimte. Ze worden vaak gebruikt in draagbare medische apparaten, commercieel en militair handgereedschap en elektrisch gereedschap.
Prismatische cellen
Prismatische cellen hebben een rechthoekige behuizing en bieden doorgaans een hogere volumetrische energiedichtheid (600-700 Wh/L) dan cilindrische cellen vanwege een beter ruimtegebruik.
Ze hebben een gemiddelde ontwerpflexibiliteit, maar kunnen een iets lagere specifieke energie (160-220 Wh/kg) en hogere kosten per kWh hebben. Thermisch beheer kan ook een grotere uitdaging zijn.
Polymeercellen (zakjescellen)
Polymeercellen hebben een flexibele behuizing van aluminiumlaminaat en een hoge volumetrische energiedichtheid (600-800 Wh/L), waardoor ze geschikt zijn voor dunne of onregelmatige vormen.
Ze bieden een goede verhouding tussen gewicht en capaciteit (250-300 Wh/kg), maar missen mechanische stijfheid en hebben een sterke structurele ondersteuning nodig.
Uitdagingen zijn onder meer thermisch beheer en productiekosten. Deze cellen worden vaak gebruikt in draagbare apparaten zoals wearables, medische apparatuur, drones, laptops en tablets.
Wattuurbeperkingen
Een belangrijke ontwerpparameter is de totale energiecapaciteit, gemeten in wattuur (Wh = spanning * ampère-uur). Het verhogen van Wh verlengt de looptijd, maar verhoogt ook de grootte, het gewicht en de kosten.
Veiligheidsvoorschriften leggen strikte limieten op aan Wh voor vliegreizen: Cellen onder de 20 Wh en batterijpakketten onder de 100 Wh zijn zonder beperkingen toegestaan.
Voor pakketten tussen 100 en 160 Wh is goedkeuring van de luchtvaartmaatschappij vereist, met een maximum van twee per passagier of reserveonderdelen. Pakketten van meer dan 160 Wh zijn doorgaans verboden als handbagage. Deze regelgeving heeft een aanzienlijke invloed op de maximale energie die beschikbaar is voor krachtige ultraportables zoals premium laptops.
Ontwerpopties voor opladen
Het opladen van lithium-ionbatterijen vereist specifieke parameters.
In tegenstelling tot andere batterijen hebben ze speciale opladers nodig vanwege ontwerpvariaties van de fabrikant die de stroom- en spanningsinstellingen beïnvloeden.
Met een lagere weerstand maken lithium-ioncellen sneller opladen mogelijk, dus laders moeten de juiste stroom leveren zonder over- of onderladen. Op maat gemaakte laders voor specifieke accupakketten hebben de voorkeur boven kant-en-klare modellen.
BMS-ontwerpen
Batterijbeheersystemen (BMS) beschermen lithium-ionbatterijen tegen problemen zoals hoge temperaturen, overladen, onderladen en thermische vluchteling. Regelgeving verplicht BMS-installatie voor iedereen Lithium-gebaseerde batterijen, inclusief draagbare apparaten.
Voor draagbare apparaten omvatten de BMS-functies temperatuurbewaking, beheer van overladen en ontladen, en foutdiagnose.
Interoperabiliteit is ook essentieel voor het communiceren van de batterijconditie tussen netwerken en controllersystemen.
Bijzonderheden behuizing
Veiligheid is van cruciaal belang voor draagbare apparaten die lithium-ionbatterijen gebruiken. Deze batterijen moeten worden beschermd tegen lekrijden en schade als het apparaat valt of verkeerd wordt gebruikt.
Circuitbeveiliging kan, net als polymere apparaten met positieve temperatuurcoëfficiënt (PPTC), circuits beschermen tijdens verzending en transport.
Behuizingen beschermen lithium-ionbatterijen ook tegen schokken en trillingen, terwijl gasontluchting en warmteafvoer mogelijk zijn.
Fabrikanten bieden verschillende behuizingsopties, waaronder krimpfolie, vacuümgevormd plastic en spuitgegoten plastic, die een veiligheidsvaltest ondergaan om duurzaamheid en betrouwbaarheid te garanderen.
Regelgeving voor draagbaarheid
Transportvoorschriften voor lithium-ionbatterijen zijn van toepassing op zowel draagbare als niet-draagbare apparaten.
Alle lithiumbatterijen moeten worden meegeleverd GBS componenten, ongeacht of deze afzonderlijk worden verzonden of geïnstalleerd. Ze zijn beperkt tot maximaal 100 wattuur, tenzij goedgekeurd door de vervoerder. Draagbare apparaten vereisen veiligheidstests en certificering.
Vanaf januari 2026 moeten alleen verzonden lithium-ionbatterijen een laadstatus (SoC) van 30% of minder hebben. Bovendien moet de verpakking voor niet-gespecificeerde verzending voldoen aan de stapeltest van 3,0 meter als deze batterijen bevat of is verpakt met apparaten.
Conclusie
Het ontwerpen van lithium-ionbatterijpakketten voor draagbare apparaten hangt af van de behoeften van het apparaat, industriestandaarden (zoals die voor medisch of militair gebruik) en noodzakelijke regelgeving. A Aangepaste fabrikant van batterijpakket zoals Holo Battery kan u helpen bij het bepalen van de juiste technologie en functies om ervoor te zorgen dat uw accu effectief functioneert, betrouwbaar blijft en veilig is.
