Всем нам знакомо разочарование, когда мы видим страшное предупреждение о низком заряде батареи, особенно когда мы так сильно полагаемся на умные носимые устройства, которые поддерживают нашу связь и активность в течение дня. Но как продлить срок службы батареи в умных носимых устройствах, не увеличивая их размер?
На рынке, где требуются более компактные, легкие и изящные устройства, традиционные батареи оказываются не на высоте: стандартные элементы заставляют разработчиков идти на компромисс между эргономикой и емкостью. Нестандартные батареи позволяют отказаться от этого компромисса, используя передовые материалы, уникальные формы и интеллектуальные системы управления, чтобы раскрыть до 25% больше времени работы-И все это без изменения размера и формы устройства.
Проблема форм-фактора: почему традиционные батареи не справляются со своей задачей
Понимание "форм-фактора" в проектировании электроники
В мире разработки продуктов "форм-фактор" означает размер, форму и физические характеристики аппаратного обеспечения. Именно он определяет эргономику, эстетику и портативность устройства. От тонкого профиля смартфона до компактного корпуса медицинского имплантата, спасающего жизнь, - форм-фактор является важнейшим ограничением для проектирования, в рамках которого должны работать инженеры. Исторически сложилось так, что одним из наиболее значимых компонентов, определяющих этот форм-фактор, является аккумулятор.
Ограничения готовых аккумуляторов
Подавляющее большинство электронных устройств традиционно питается от готовых аккумуляторов стандартного размера. Самым распространенным из них является цилиндрический литий-ионный элемент 18650, рабочая лошадка индустрии. Несмотря на надежность и экономичность при массовом производстве, эти стандартные элементы имеют существенный недостаток: они жесткие и не поддаются изменению формы.
Такой "универсальный" подход заставляет дизайнеров создавать свои устройства вокруг вместо того, чтобы интегрировать источник питания, который органично вписывается в идеальный дизайн. Это часто приводит к нарушению эргономики, увеличению габаритов устройства и, самое главное, к неиспользованному внутреннему пространству, которое можно было бы использовать для дополнительных функций или более мощного аккумулятора.
Обратная зависимость между размером и мощностью в стандартных клетках
При использовании стандартных аккумуляторов действует простое и часто удручающее правило: если вы хотите получить больше энергии (увеличить время работы), вам нужен аккумулятор большего размера. Это вступает в прямой конфликт с рыночной тенденцией к миниатюризации. Для разработчиков передовых технологий - будь то носимый фитнес-трекер, гарнитура дополненной реальности или незаметный IoT-датчик - простое добавление дополнительных или более крупных элементов не является жизнеспособным вариантом. Это поставит под угрозу саму суть продукта. Это та стена, о которую бьются традиционные аккумуляторные технологии, и именно здесь необходимость в более интеллектуальном и гибком решении становится неоспоримой.
Ядро инноваций: Как нестандартная технология производства батарей обеспечивает большую мощность на том же пространстве
1. Передовая химия клеток и материалы с высокой плотностью энергии
Главной движущей силой увеличения времени работы является плотность энергии, которая измеряет количество энергии, которое может быть запасено в заданном объеме (объемная плотность энергии, Втч/л) или весе (гравиметрическая плотность энергии, Втч/кг). Область химии аккумуляторов постоянно развивается, исследователи разрабатывают новые материалы для анодов и катодов, которые могут удерживать больше ионов лития.
В то время как в стандартных батареях могут использоваться более старые, устоявшиеся химические составы, заказные решения могут включать новейшие материалы с высокой плотностью энергии. Например, инновации в кремниевых анодах могут значительно увеличить емкость батареи по сравнению с традиционными графитовыми анодами. Выбирая и оптимизируя самые передовые материалы, производители аккумуляторов на заказ могут уместить больше энергии на той же площади. Фактически, плотность энергии литий-ионных батарей увеличивается в среднем на 5-8% ежегодноЭто тенденция, которую уникальным образом могут использовать заказные решения.
2. Оптимизация внутреннего пространства: Нестандартная ячейка
Представьте, что вы пытаетесь заполнить контейнер сложной формы жесткими цилиндрическими блоками. Неизбежно возникнут большие, непригодные для использования зазоры. Именно это происходит, когда дизайнеры пытаются вместить стандартные батареи в изящное современное устройство.
Технология заказных батарей решает эту проблему путем создания элементов с уникальной геометрией. Вместо того чтобы ограничиваться цилиндрами или прямоугольниками, заказные литий-ионные или литий-полимерные элементы могут быть отлиты в изогнутые, L-образные, трапециевидные или ультратонкие конфигурации. Это позволяет идеально вписать батарею в корпус устройства, устранить пустое пространство и максимально увеличить внутренний объем для хранения энергии. Такая оптимизированная сборка может привести к 15-25% увеличение мощности при том же форм-факторе по сравнению с использованием стандартных ячеек.
3. Роль сложной системы управления аккумулятором (BMS)
Пользовательская батарея - это не просто набор элементов, это интеллектуальная система питания. В ее основе лежит система управления батареей (BMS) - сложная электронная плата, выполняющая роль "мозга" батареи. Разработанная на заказ BMS адаптирована к химическому составу элементов и требованиям устройства к мощности, что дает ряд преимуществ для увеличения времени работы:
-
Точный мониторинг: BMS непрерывно отслеживает состояние заряда (SoC), напряжение, ток и температуру каждого элемента. Эти точные данные обеспечивают более эффективную зарядку и разрядку, предотвращая потерю энергии.
-
Балансировка клеток: В многоэлементном блоке BMS обеспечивает сбалансированность всех элементов, то есть их заряд и разряд происходит с одинаковой скоростью. Это предотвращает более слабые элементы от более быстрой деградации и увеличивает общий срок службы батареи.
- Оптимизированная подача питания: Интеллектуальная система BMS может взаимодействовать с главным устройством для управления энергопотреблением, интеллектуально снижая мощность низкоприоритетных функций для экономии энергии при разряде батареи.
4. Дизайн электродов и оптимизация производственного процесса
-
Увеличение толщины электрода
В рамках фиксированной толщины батареи инженеры могут точно настроить процесс нанесения покрытия на электрод, чтобы увеличить толщину слоя активного материала, обеспечив при этом баланс между переносом ионов/электронов и механической стабильностью. Это позволяет увеличить количество активного материала на единицу площади без увеличения размера батареи. -
Повышение плотности уплотнения электродов
Используя передовые технологии каландрирования, листы электродов можно спрессовать до более высокой плотности, уменьшив внутренние пустоты и поместив больше активного материала в тот же объем. Это напрямую повышает плотность энергии. -
Использование более тонких и легких токоприемников
Замена стандартной медной или алюминиевой фольги на ультратонкие варианты позволяет уменьшить вес и объем неактивного материала, увеличивая долю активного материала внутри батареи.
5. Инженерия электролитов и электродных интерфейсов
-
Оптимизация состава электролитов
Уточняя концентрацию соли электролита и соотношение добавок (без изменения химического состава основы), можно стабилизировать границу раздела электрод/электролит, что способствует повышению обратимой емкости и увеличению срока службы. -
Улучшение обработки поверхности электродов
Такие методы, как покрытие электродов защитными слоями или предварительное литирование, помогают минимизировать побочные реакции, сохраняя активный материал и, таким образом, поддерживая высокую емкость во время циклирования.
6. Увеличение количества внутренних слоев клеток (штабелирование)
-
Точная укладка электродных слоев
Использование передовых процессов укладки и намотки позволяет увеличить количество положительных и отрицательных электродных слоев внутри аккумуляторного элемента без увеличения его внешней толщины. -
Уменьшение толщины сепаратора и фольги
Использование ультратонких сепараторов и пленок позволяет освободить внутреннее пространство для более активных слоев материала, эффективно увеличивая производительность.
7. Точность изготовления и плотность внутренней структуры
-
Высокоточное покрытие и резка
Минимизация потерь материала и дефектов благодаря улучшенному управлению процессом повышает эффективность использования материала и его согласованность, способствуя увеличению производительности. -
Повышение плотности внутренней упаковки
Передовое оборудование для намотки и укладки позволяет уплотнить внутреннюю структуру, уменьшить мертвые зоны и увеличить количество активного материала на единицу объема.
8. Терморегулирование и повышение безопасности
-
Эффективное рассеивание тепла
Оптимизация теплового режима батареи снижает потери емкости из-за перепадов температуры, повышая практическую полезную емкость и долговечность батареи без физических изменений.
Процесс разработки индивидуального решения для аккумуляторов
Создание индивидуального аккумулятора - это совместный и кропотливый процесс, который гарантирует, что конечный продукт будет точно соответствовать потребностям устройства и конечного пользователя.
Консультации и определение требований
Процесс начинается с глубокой консультации, в ходе которой инженеры вместе с клиентом пытаются понять специфические требования приложения. Это включает в себя:
- Потребности в электричестве: Напряжение, емкость (мАч), максимальный ток разряда и ожидаемый срок службы.
- Физические ограничения: Точные размеры, форма и вес, ограниченные доступным пространством.
- Факторы окружающей среды: Диапазон рабочих температур и воздействие влаги или вибрации.
Создание прототипов и тестирование
После определения требований команда инженеров проектирует ячейку и блок с помощью программного обеспечения CAD. Затем создается прототип, который подвергается тщательному тестированию. Они включают в себя испытания электрических характеристик, сертификацию безопасности (например, UN38.3 для транспортировки) и анализ срока службы, чтобы убедиться, что батарея работает надежно и безопасно во всех ожидаемых условиях.
Производство и обеспечение качества
После утверждения прототипа батарея запускается в производство. Авторитетные производители батарей на заказ придерживаются строгих стандартов управления качеством, например, таких, как ISO 9001чтобы обеспечить постоянство и надежность каждого произведенного устройства. Такая приверженность качеству является решающим фактором для создания высокопроизводительного и надежного источника питания.
На сайте Lan DazzleМы специализируемся на поставках высокопроизводительные литий-полимерные аккумуляторы на заказ в точном соответствии с уникальными требованиями вашего устройства. Нужны ли вам ультратонкие, изогнутые или неправильной формы батареи, наша команда инженеров-экспертов тесно сотрудничает с вами для разработки, создания прототипов и производства решений для питания, которые обеспечивают максимальную емкость без ущерба для размера или веса.
Благодаря строгому контролю качества, передовым материалам и интеллектуальным системам управления аккумуляторами наши заказные батареи позволяют носимым устройствам работать дольше, повышают безопасность и улучшают пользовательские характеристики.
Узнайте, как наша технология производства аккумуляторов может поднять ваши умные носимые устройства на новый уровень - свяжитесь с нами прямо сейчас, чтобы начать работу над индивидуальным проектом.
Заключение
Ограничения готовых аккумуляторов больше не должны диктовать будущее дизайна продуктов. Как продемонстрировали такие новаторы, как Apple, DJI и Medtronic, технология заказных батарей в корне изменила парадигму. Она доказывает, что можно добиться более длительного времени работы без ущерба для изящного и компактного форм-фактора устройства. Благодаря использованию передовых химических технологий, инновационной геометрии элементов и интеллектуальных систем управления батареями заказные решения обеспечивают свободу дизайна и повышение производительности, которые требуются современным технологиям.
От расширения эксплуатационных возможностей критически важного медицинского и промышленного оборудования до питания следующего поколения бытовой электроники - влияние этой технологии широко и глубоко. Разрабатывая свой следующий продукт, подумайте о том, чтобы выйти за рамки стандарта. Узнайте, как индивидуальные аккумуляторные решения могут обеспечить необходимую мощность именно той формы и размера, которые вам нужны, и раскрыть истинный потенциал ваших инноваций.
