Den växande efterfrågan på mindre, lättare och mer kraftfull bärbar elektronik beror på framsteg inom litiumjon (Li-ion) batteri teknologi. Att designa batteripaket för moderna enheter kräver balansering av energitäthet, säkerhet, storlek, vikt, kostnad och regelefterlevnad.
Batteripaketets mått och viktbegränsningar
Större batteripaket ger vanligtvis högre ström under längre varaktighet.
Men bärbara enheter möter vikt- och utrymmesbegränsningar, vilket kräver att tillverkare designar lätta paket som fortfarande ger betydande kraft.
Litiumjonbatterier finns i olika format för dessa enheter, inklusive cylindrisk, prismatiskoch påspolymerceller.
Cylindriska celler (t.ex. 18650, 26650, 21700)
Cylindriska celler har mogen tillverkning, hög specifik energi (200-260 Wh/kg), utmärkt värmehantering och kostnadseffektivitet. Men deras stela form begränsar volymetrisk energitäthet (500-600 Wh/L) och designflexibilitet.
Att integrera flera celler ger komplexitet och ineffektivt utrymme. De används ofta i bärbara medicinska apparater, handhållna kommersiella och militära verktyg och elverktyg.
Prismatiska celler
Prismatiska celler har ett rektangulärt hölje och erbjuder vanligtvis högre volymetrisk energitäthet (600-700 Wh/L) än cylindriska celler på grund av bättre utrymmesutnyttjande.
De har mellanliggande designflexibilitet men kan ha något lägre specifik energi (160-220 Wh/kg) och högre kostnad per kWh. Värmehantering kan också vara mer utmanande.
Polymerceller (påsceller)
Polymerceller har flexibla aluminiumlaminathöljen och hög volymetrisk energitäthet (600-800 Wh/L), vilket gör dem lämpliga för tunna eller oregelbundna former.
De erbjuder ett bra vikt-till-kapacitetsförhållande (250-300 Wh/kg) men saknar mekanisk styvhet och behöver starkt strukturellt stöd.
Utmaningar inkluderar värmehantering och tillverkningskostnader. Dessa celler används ofta i bärbara enheter som wearables, medicinsk utrustning, drönare, bärbara datorer och surfplattor.
Watt-timmars begränsningar
En viktig designparameter är den totala energikapaciteten, mätt i Watt-timmar (Wh = Spänning * Amp-timmar). Att öka Wh förlänger körtiden men ökar också storlek, vikt och kostnad.
Säkerhetsföreskrifter sätter strikta gränser för Wh för flygresor: Celler under 20 Wh och batteripaket under 100 Wh är tillåtna utan begränsningar.
Paket mellan 100-160 Wh kräver flygbolagsgodkännande, med max två per passagerare eller reservdelar. Förpackningar över 160 Wh är vanligtvis förbjudna som handbagage. Dessa regler påverkar avsevärt den maximala tillgängliga energin för högpresterande ultraportabla datorer som premium bärbara datorer.
Laddningsdesignalternativ
Att ladda litiumjonbatterier kräver specifika parametrar.
Till skillnad från andra batterier behöver de dedikerade laddare på grund av tillverkarens designvariationer som påverkar ström- och spänningsinställningar.
Med lägre motstånd möjliggör litiumjonceller snabbare laddning, så laddare måste leverera rätt ström utan över- eller underladdning. Anpassade laddare för specifika batteripaket är att föredra framför hyllmodeller.
BMS-designer
Batterihanteringssystem (BMS) skyddar litiumjonbatterier från problem som höga temperaturer, överladdning, underladdning och termisk flykt. Reglerna kräver BMS-installation för alla litiumbaserade batterierinklusive bärbara enheter.
För bärbara datorer inkluderar BMS-funktioner temperaturövervakning, överladdning och urladdningshantering och feldiagnos.
Interoperabilitet är också viktigt för att kommunicera batteritillstånd över nätverk och styrsystem.
Kapsling Specialegenskaper
Säkerhet är avgörande för bärbara enheter som använder litiumjonbatterier. Dessa batterier måste skyddas från punkteringar och skador om enheten tappas eller hanteras fel.
Kretsskydd, som polymera positiva temperaturkoefficienter (PPTC), kan skydda kretsar under frakt och transport.
Kapslingar skyddar också litiumjonbatterier från stötar och vibrationer samtidigt som de tillåter gasventilation och värmeavledning.
Tillverkare erbjuder olika kapslingsalternativ, inklusive krympplast, vakuumformad plast och formsprutad plast, som genomgår säkerhetsfalltestning för att säkerställa hållbarhet och tillförlitlighet.
Bärbarhetsbestämmelser
Transportbestämmelser för litiumjonbatterier gäller för både bärbara och icke-bärbara enheter.
Alla litiumbatterier måste inkluderas BMS komponenter, oavsett om de levereras separat eller installerade. De är begränsade till maximalt 100 wattimmar om de inte godkänts av transportören. Bärbara enheter kräver säkerhetstestning och certifiering.
Från och med januari 2026 måste litiumjonbatterier som levereras ensamma ha ett laddningstillstånd (SoC) på 30 % eller mindre. Dessutom förpackning för icke-specifik frakt måste uppfylla 3,0 meter stacktest om den innehåller batterier i eller packade med apparater.
Slutsats
Att designa litiumjonbatterier för bärbara enheter beror på enhetens behov, industristandarder (som för medicinsk eller militär användning) och nödvändiga bestämmelser. A Anpassad batteripaketstillverkare som Holo Battery kan hjälpa till att bestämma rätt teknik och funktioner för att säkerställa att ditt batteripaket fungerar effektivt, förblir pålitligt och är säkert.
