Rastúci dopyt po menšej, ľahšej a výkonnejšej prenosnej elektronike závisí od pokroku lítium-iónová (Li-ion) batéria technológie. Navrhovanie batériových jednotiek pre moderné zariadenia si vyžaduje vyváženie hustoty energie, bezpečnosti, veľkosti, hmotnosti, nákladov a súladu s predpismi.
Obmedzenia rozmerov a hmotnosti batérie
Väčšie batérie zvyčajne dodávajú vyšší prúd počas dlhšieho trvania.
Prenosné zariadenia však čelia hmotnostným a priestorovým obmedzeniam, čo od výrobcov vyžaduje, aby navrhli ľahké balenia, ktoré stále poskytujú značný výkon.
Lítium-iónové batérie sú dostupné v rôznych formátoch pre tieto zariadenia, vrátane valcové, hranolovéa vrecúška polymérnych buniek.
Cylindrické bunky (napr. 18650, 26650, 21700)
Cylindrické články sú s vyspelou výrobou, vysokou špecifickou energiou (200-260 Wh/kg), vynikajúcim tepelným manažmentom a cenovou efektívnosťou. Ich pevný tvar však obmedzuje objemovú hustotu energie (500-600 Wh/L) a flexibilitu dizajnu.
Integrácia viacerých buniek zvyšuje zložitosť a neefektívny priestor. Bežne sa používajú v prenosných lekárskych prístrojoch, ručných komerčných a vojenských nástrojoch a elektrických nástrojoch.
Prizmatické bunky
Prizmatické články majú obdĺžnikový obal a typicky ponúkajú vyššiu objemovú hustotu energie (600-700 Wh/L) ako valcové články vďaka lepšiemu využitiu priestoru.
Majú strednú flexibilitu dizajnu, ale môžu mať o niečo nižšiu špecifickú energiu (160 – 220 Wh/kg) a vyššie náklady na kWh. Náročnejšie môže byť aj tepelné hospodárenie.
Polymérne bunky (vreckové bunky)
Polymérové články majú flexibilné hliníkové laminátové obaly a vysokú objemovú hustotu energie (600-800 Wh/L), vďaka čomu sú vhodné pre tenké alebo nepravidelné tvary.
Ponúkajú dobrý pomer hmotnosti a kapacity (250 – 300 Wh/kg), ale chýba im mechanická tuhosť, čo si vyžaduje silnú konštrukčnú podporu.
Výzvy zahŕňajú tepelné riadenie a výrobné náklady. Tieto bunky sa často používajú v prenosných zariadeniach, ako sú nositeľné zariadenia, lekárske vybavenie, drony, notebooky a tablety.
Obmedzenia watthodiny
Kľúčovým konštrukčným parametrom je celková energetická kapacita meraná vo watthodinách (Wh = napätie * ampérhodiny). Zvýšenie Wh predlžuje dobu prevádzky, ale tiež zvyšuje veľkosť, hmotnosť a náklady.
Bezpečnostné predpisy ukladajú prísne limity na Wh pre leteckú dopravu: Články pod 20 Wh a batéria pod 100 Wh sú povolené bez obmedzení.
Balíky medzi 100 – 160 Wh vyžadujú schválenie leteckej spoločnosti, maximálne dva na cestujúceho alebo náhradné diely. Balíčky nad 160 Wh sú zvyčajne zakázané ako príručná batožina. Tieto predpisy výrazne ovplyvňujú maximálnu energiu dostupnú pre vysokovýkonné ultraprenosné zariadenia, ako sú prémiové notebooky.
Možnosti dizajnu nabíjania
Nabíjanie lítium-iónových batérií vyžaduje špecifické parametre.
Na rozdiel od iných batérií potrebujú špeciálne nabíjačky kvôli zmenám dizajnu výrobcu, ktoré ovplyvňujú nastavenie prúdu a napätia.
S nižším odporom umožňujú lítium-iónové články rýchlejšie nabíjanie, takže nabíjačky musia dodávať správny prúd bez prebíjania alebo podbíjania. Vlastné nabíjačky pre konkrétne súpravy batérií sú uprednostňované pred bežne dostupnými modelmi.
Návrhy BMS
Systémy správy batérií (BMS) chránia lítium-iónové batérie pred problémami, ako sú vysoké teploty, prebíjanie, nedostatočné nabíjanie atď tepelný útek. Predpisy nariaďujú inštaláciu BMS pre všetkých lítiové batérievrátane prenosných zariadení.
V prípade prenosných počítačov funkcie BMS zahŕňajú monitorovanie teploty, riadenie prebíjania a vybíjania a diagnostiku porúch.
Interoperabilita je tiež nevyhnutná pre komunikáciu o stave batérie naprieč sieťami a riadiacimi systémami.
Špeciálne vlastnosti krytu
Bezpečnosť je kľúčová pre prenosné zariadenia využívajúce lítium-iónové batérie. Tieto batérie musia byť chránené pred prepichnutím a poškodením, ak zariadenie spadne alebo sa s ním nesprávne zaobchádza.
Ochrana obvodov, ako sú zariadenia s polymérnym pozitívnym teplotným koeficientom (PPTC), môže chrániť obvody počas prepravy a prepravy.
Kryty tiež chránia lítium-iónové batérie pred nárazmi a vibráciami a zároveň umožňujú odvádzanie plynu a odvod tepla.
Výrobcovia ponúkajú rôzne možnosti krytov, vrátane zmršťovacej fólie, vákuovo tvarovaného plastu a vstrekovaného plastu, ktoré prechádzajú bezpečnostným testom pádom, aby sa zaistila odolnosť a spoľahlivosť.
Predpisy o prenosnosti
Prepravné predpisy pre lítium-iónové batérie platia pre prenosné aj neprenosné zariadenia.
Všetky lítiové batérie musia obsahovať BMS komponenty, či už sú dodávané samostatne alebo inštalované. Sú obmedzené na maximálne 100 watthodín, pokiaľ ich neschválil dopravca. Prenosné zariadenia vyžadujú bezpečnostné testovanie a certifikáciu.
Od januára 2026 musia mať lítium-iónové batérie dodávané samostatne stav nabitia (SoC) 30 % alebo menej. Okrem toho obaly na prepravu bez špecifikácií musia spĺňať test 3,0 metrového zásobníka, ak obsahujú batérie v zariadeniach alebo sú k nim zabalené.
Záver
Navrhovanie lítium-iónových batérií pre prenosné zariadenia závisí od potrieb zariadenia, priemyselných noriem (ako sú napríklad normy pre lekárske alebo vojenské použitie) a potrebných predpisov. A Vlastný výrobca batérie ako Holo Battery môže pomôcť určiť správnu technológiu a funkcie, aby sa zabezpečilo, že vaša batéria bude fungovať efektívne, zostane spoľahlivá a bezpečná.
