Rosnące zapotrzebowanie na mniejszą, lżejszą i mocniejszą przenośną elektronikę zależy od postępu w dziedzinie Bateria litowo-jonowa (lit-jon) technologia. Projektowanie akumulatorów do nowoczesnych urządzeń wymaga zrównoważenia gęstości energii, bezpieczeństwa, rozmiaru, wagi, kosztów i zgodności z przepisami.
Ograniczenia dotyczące wymiarów i wagi akumulatora
Większe akumulatory zwykle dostarczają większy prąd przez dłuższy czas.
Jednakże urządzenia przenośne borykają się z ograniczeniami w zakresie masy i przestrzeni, co wymaga od producentów projektowania lekkich opakowań, które nadal zapewniają znaczną moc.
Baterie litowo-jonowe są dostępne w różnych formatach dla tych urządzeń, m.in Cylindryczny, pryzmatycznyi woreczki polimerowe.
Ogniwa cylindryczne (np. 18650, 26650, 21700)
Ogniwa cylindryczne charakteryzują się dojrzałą produkcją, wysoką energią właściwą (200-260 Wh/kg), doskonałym zarządzaniem ciepłem i opłacalnością. Jednak ich sztywny kształt ogranicza wolumetryczną gęstość energii (500-600 Wh/l) i elastyczność projektowania.
Integracja wielu komórek zwiększa złożoność i nieefektywną przestrzeń. Są powszechnie stosowane w przenośnych urządzeniach medycznych, podręcznych narzędziach komercyjnych i wojskowych oraz elektronarzędziach.
Komórki pryzmatyczne
Ogniwa pryzmatyczne mają prostokątną obudowę i zazwyczaj oferują wyższą objętościową gęstość energii (600-700 Wh/l) niż ogniwa cylindryczne ze względu na lepsze wykorzystanie przestrzeni.
Charakteryzują się pośrednią elastycznością konstrukcyjną, ale mogą mieć nieco niższą energię właściwą (160–220 Wh/kg) i wyższy koszt w przeliczeniu na kWh. Zarządzanie temperaturą może być również trudniejsze.
Ogniwa polimerowe (ogniwa woreczkowe)
Ogniwa polimerowe mają elastyczną obudowę z laminatu aluminiowego i wysoką gęstość energii objętościowej (600-800 Wh/l), dzięki czemu nadają się do cienkich lub nieregularnych kształtów.
Oferują dobry stosunek masy do pojemności (250–300 Wh/kg), ale brakuje im sztywności mechanicznej i wymagają mocnego wsparcia konstrukcyjnego.
Wyzwania obejmują zarządzanie ciepłem i koszty produkcji. Komórki te są często używane w urządzeniach przenośnych, takich jak urządzenia do noszenia, sprzęt medyczny, drony, laptopy i tablety.
Ograniczenia watogodzin
Kluczowym parametrem projektowym jest całkowita pojemność energetyczna mierzona w watogodzinach (Wh = napięcie * amperogodziny). Zwiększanie Wh wydłuża czas pracy, ale także zwiększa rozmiar, wagę i koszt.
Przepisy bezpieczeństwa nakładają ścisłe ograniczenia na Wh w przypadku podróży lotniczych: ogniwa poniżej 20 Wh i pakiety akumulatorów poniżej 100 Wh są dozwolone bez ograniczeń.
Pakiety o pojemności od 100 do 160 Wh wymagają zgody linii lotniczej, maksymalnie dwa na pasażera lub części zamienne. Pakiety o pojemności powyżej 160 Wh są zazwyczaj zabronione jako bagaż podręczny. Przepisy te znacząco wpływają na maksymalną energię dostępną dla ultraprzenośnych urządzeń o wysokiej wydajności, takich jak laptopy klasy premium.
Opcje projektowania ładowania
Ładowanie akumulatorów litowo-jonowych wymaga określonych parametrów.
W przeciwieństwie do innych akumulatorów wymagają one dedykowanych ładowarek ze względu na różnice konstrukcyjne producenta wpływające na ustawienia prądu i napięcia.
Dzięki niższej rezystancji ogniwa litowo-jonowe umożliwiają szybsze ładowanie, dlatego ładowarki muszą dostarczać prawidłowy prąd bez przeładowania lub niedoładowania. Preferowane są niestandardowe ładowarki do określonych akumulatorów, a nie modele gotowe.
Projekty BMS
Systemy zarządzania akumulatorami (BMS) chronią akumulatory litowo-jonowe przed takimi problemami, jak wysokie temperatury, przeładowanie, niedoładowanie i ucieczka termiczna. Przepisy nakazują wszystkim instalację BMS Baterie na bazie litu, w tym urządzenia przenośne.
W przypadku urządzeń przenośnych funkcje BMS obejmują monitorowanie temperatury, zarządzanie przeładowaniem i rozładowaniem oraz diagnostykę usterek.
Interoperacyjność jest również niezbędna do przekazywania informacji o stanie baterii pomiędzy sieciami i systemami kontrolerów.
Funkcje specjalne obudowy
Bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie w przypadku urządzeń przenośnych wykorzystujących baterie litowo-jonowe. Baterie te należy chronić przed przebiciem i uszkodzeniem w przypadku upuszczenia urządzenia lub niewłaściwego obchodzenia się z nim.
Zabezpieczenia obwodów, takie jak polimerowe urządzenia o dodatnim współczynniku temperaturowym (PPTC), mogą chronić obwody podczas transportu i transportu.
Obudowy chronią również akumulatory litowo-jonowe przed wstrząsami i wibracjami, jednocześnie umożliwiając odprowadzanie gazów i odprowadzanie ciepła.
Producenci oferują różne opcje obudów, w tym folię termokurczliwą, tworzywo sztuczne formowane próżniowo i tworzywo sztuczne formowane wtryskowo, które przechodzą testy bezpieczeństwa podczas upadku, aby zapewnić trwałość i niezawodność.
Przepisy dotyczące przenoszenia
Przepisy dotyczące transportu akumulatorów litowo-jonowych mają zastosowanie zarówno do urządzeń przenośnych, jak i nieprzenośnych.
Wszystkie baterie litowe muszą zawierać BMS komponentów, niezależnie od tego, czy są one dostarczane osobno, czy instalowane. Są one ograniczone do maksymalnie 100 watogodzin, chyba że przewoźnik wyrazi na to zgodę. Urządzenia przenośne wymagają testów bezpieczeństwa i certyfikacji.
Od stycznia 2026 r. stan naładowania (SoC) akumulatorów litowo-jonowych dostarczanych samodzielnie musi wynosić 30% lub mniej. Dodatkowo opakowanie do wysyłki bez specyfikacji musi spełniać test stosu o wysokości 3,0 metra, jeśli zawiera baterie w urządzeniach lub jest z nimi zapakowany.
Wniosek
Projektowanie akumulatorów litowo-jonowych do urządzeń przenośnych zależy od potrzeb urządzenia, standardów branżowych (np. do zastosowań medycznych czy wojskowych) oraz niezbędnych przepisów. A Niestandardowy producent akumulatorów jak Holo Battery może pomóc w określeniu właściwej technologii i funkcji, aby zapewnić skuteczne działanie, niezawodność i bezpieczeństwo pakietu baterii.
