Спрос на компактный, высокопроизводительный аккумуляторные блоки Растут в разных отраслях, таких как носимые технологии, медицинские устройства, беспилотники и датчики IoT. Эти приложения требуют легких источников энергии, которые обеспечивают надежную энергию и безопасно терпят физический стресс.
Тем не менее, уменьшение размера батареи без жертвоприношения производительности или безопасности создает значительные инженерные проблемы. В этой статье рассматриваются эти проблемы и предлагают стратегии для их решения.
Что такое компактный аккумулятор?
Компактный аккумулятор-это пользовательская система хранения энергии, предназначенная для устройств с ограниченными пространством без ущерба для мощности. В отличие от стандартных батарей, эти пакеты соответствуют определенным требованиям размера, веса и производительности. Они часто используют усовершенствованные литий-ионные (литий-ионные) или литий-полимерные (липо) клетки, чтобы максимизировать способность в минимальном пространстве.
Например, слуховой аппарат может использовать литий-пакет размером с монеты, в то время как беспилотник может использовать тонкую конфигурацию липо. Их дизайн отдает приоритет эффективности, долговечности и адаптивности к различным средам.
Общие проблемы с дизайном для компактных батарей
При проектировании аккумулятора необходимы три ключевых фактора: производительность, структурная целостность и безопасность. Эти аспекты бросают вызов компактным аккумуляторам из -за их меньшего размера и ограниченных материалов.
Производительность
Основная задача - сбалансировать плотность энергии с доставкой энергии. Меньшие батареи хранят меньше энергии, ограничивая время выполнения. Высокие скорости разряда в беспилотниках или электроинструментах могут вызвать перегрев и падения напряжения, снижая эффективность.
Инженеры также должны рассмотреть цикл жизни, поскольку частая зарядка и разряд могут быстрее разлагать компактные батареи из -за плотного расстояния и теплового напряжения.
Структурная целостность
Компактный дизайн часто жертвует механической надежностью. Тонкие оболочки или гибкие печатные платы могут сгибаться или трещины при вибрации, ударе или изменениях температуры.
В носимых устройствах повторное сгибание может ослабить внутренние соединения. Дизайнеры должны гарантировать, что устройство выдерживает физическое напряжение без увеличения объема.
Безопасность
Риски безопасности увеличиваются в компактных конструкциях. Плотное расстояние может вызвать термический сбег, где один разгревает ячейку запускает цепную реакцию.
Литиевые батареи могут набухать, утечь или сгореть, если они не знают. Строгие стандарты безопасности, такие как И 38,3, мандат строгих испытаний на короткие замыкания, завышение и экстремальные температуры.
Преодоление компактных проблем с проектированием батареи
Вот советы по преодолению компактных проблем с проектированием батареи.
Увеличение емкости батареи и напряжения
- Усовершенствованные химии: используйте литий-ионные ячейки кремниевого анода для более высокой емкости на 20–30%, чем графитовые аноды. Новые твердотельные батареи обеспечивают еще большую плотность энергии и стабильность.
- Оптимальное расположение клеток: комбинируйте клетки в серии или параллельно для увеличения напряжения или емкости. Укладка Призматические клетки Вертикально сохраняет пространство, обеспечивая высокую мощность.
- Управление энергией: интегрируйте электронику и программное обеспечение с низким энергопотреблением, такие как режимы сна в устройствах IoT, для оптимизации использования энергии.
Повышение безопасности
- Умные системы управления аккумуляторами (BMS): используйте БМС контролировать напряжение ячейки, температуру и состояние заряда. Калиброванная BMS предотвращает перегрузку, уравновешивает клетки и инициирует отключения во время разломов.
- Тепловое управление: используйте фазовые полимеры или слои графена для рассеивания тепла. В критических приложениях керамические сепараторы могут минимизировать риски сжигания.
- Тестирование соответствия: проверить конструкции с сертификатами безопасности и имитационными сценариями напряжения, такими как тесты на раздавливание и воздействие высоты.
Обеспечение структурной целостности
- Надежные материалы: Используйте аэрокосмические алюминиевые или прочные полимеры, такие как Peek for Shock Absorption.
- Модульная конструкция: разделите упаковку на более мелкие модули для распределения напряжения, аналогично медицинским имплантатам, которые используют герметичные модули для предотвращения входа влаги.
- Усовершенствованное производство: используйте лазерную сварку и 3D -печать для точных прочных связей между ячейками и компоненты, минимизировать точки отказа.
Заключение
Проектирование компактных нестандартных аккумуляторных батарей включает в себя сбалансирование производительности, безопасности и долговечности. Усовершенствованные химии, такие как кремниевые или твердотельные ячейки, умные BMS и надежные материалы, помогают инженерам решать проблемы миниатюризации.
Поскольку отрасли ищут меньшие устройства, инновации в технологии батареи и строгое тестирование будут иметь важное значение для портативной электроники. Сотрудничество между материальной наукой, электроникой и машиностроением будет способствовать прорывам в этой области.
