Нөөц батерейны интеграцчилалтай зөөврийн цэнэглэгчийн загвар
Ухаалаг утас, ухаалаг цаг, чихэвч, камер, IoT төхөөрөмж гэх мэт өдөр бүр авч явдаг төхөөрөмжүүдийн тоо нэмэгдэхийн хэрээр аяллын үеэр цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээ нэмэгдэж байна. Өндөр хөдөлгөөнтэй орчинд цахилгааны залгуурт холбогдох боломж үргэлж байдаггүй тул нэгдсэн нөөц батерей (нэгдсэн цахилгаан банк эсвэл цэнэглэгч + нөөц батерей) бүхий зөөврийн цэнэглэгчийг практик шийдэл болгодог. Энэхүү нийтлэлд тохиромжтой, найдвартай ашиглах концепц, үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд, дизайны анхаарах зүйлс, аюулгүй байдлын талууд, бүтээгдэхүүн хөгжүүлэх чиглэлийг авч үзэх болно.
1. Бүтээгдэхүүний концепц: Яагаад интеграци хийх ёстой вэ?
Ихэнх хүмүүс цахилгаан банкийг төхөөрөмжүүдийг цэнэглэдэг гадаад батерей гэж боддог. Гэсэн хэдий ч "нөөц батерейтай интеграцчилалтай зөөврийн цэнэглэгч" гэсэн нэр томъёо нь эдгээр төхөөрөмжүүд зөвхөн эрчим хүч хадгалахаас гадна бусад төхөөрөмжийг цэнэглэх болон өөрсдийгөө үр ашигтай цэнэглэх ухаалаг цэнэглэх чадвартай гэдгийг онцолж байна. Энэхүү интеграцчилал нь ихэвчлэн дараахь зүйлийг агуулдаг:
1. Эрчим хүчний хадгалалт болгон ашигладаг дотоод нөөц батерей.
2. Дотоод батерейг цахилгаан эх үүсвэрээс (USB-C PD адаптер, нарны хавтан эсвэл ердийн USB) цэнэглэх цэнэглэх систем (цэнэглэх хэлхээ).
3. Хэрэглэгчийн төхөөрөмжийг цэнэглэх цахилгаан дамжуулах/гаралтын систем.
4. Аюулгүй байдал, бат бөх чанар, тогтвортой байдлыг хангах эрчим хүчний менежмент болон хамгаалалт.
Оновчтой интеграцчилалтайгаар хэрэглэгчид зөөврийн цэнэглэгчийг гэртээ эсвэл зочид буудалд цахилгааны залгуурт залгаж дотоод батерейг цэнэглээд, аялахдаа нөөц болгон авч явах боломжтой. Зарим загварууд нь "дамжуулах цэнэглэлт"-ийг дэмждэг бөгөөд энэ нь бусад төхөөрөмжийг нэгэн зэрэг цэнэглэж байхдаа дотоод батерейг цэнэглэх боломжийг олгодог.
2. Эрчим хүч болон хүчин чадлын шаардлагыг тодорхойлох
Дизайны эхний үе шат бол зорилтот хэрэглээг тодорхойлох явдал юм. Гол асуултууд:
– Аль төхөөрөмжүүдийг хамгийн их цэнэглэдэг вэ? (ухаалаг утас 10–20 Вт, таблет 20–45 Вт, зөөврийн компьютер 45–100 Вт)
– Та хэдэн удаа цэнэглэх ёстой вэ? (1x, 2x эсвэл түүнээс дээш)
– Зөөвөрлөхөд эвтэйхэн хамгийн дээд хэмжээ/жин нь хэд вэ?
– Хурдан цэнэглэх (Хурдан цэнэглэх / USB цахилгаан дамжуулах) шаардлагатай юу?
Батерейны багтаамжийг ихэвчлэн эсийн хүчдэл (3,6–3,7 В) дээр mAh-аар илэрхийлдэг. Хэрэглэгчдэд хамааралтай байхын тулд үүнийг ихэвчлэн Wh (Ватт-цаг) болгон хөрвүүлдэг. Жишээлбэл:
– 3,7 В ≈ 37 Вт/ц үед 10.000 мАч
– 3,7 В ≈ 74 Вт/ц үед 20.000 мАч
Практикт хүчдэлийн хувиргалт, дулаан болон хэлхээний үр ашгийн хязгаарлалтаас шалтгаалан ашиглах боломжтой эрчим хүч бага байдаг. 80-90% -ийн үр ашиг нь сайн дизайны бодит зорилт юм.
3. Батерейны төрлийг сонгох
Хоёр алдартай арга байдаг:
a) Цилиндр хэлбэртэй Ли-ион эсүүд (жишээ нь 18650/21700)
Илүүдэл:
- Өргөн хэрэглээнд тохиромжтой, харьцангуй хэмнэлттэй
– Циклийн эсэргүүцэл нэлээд сайн
– Эсийн хэлбэрээс шалтгаалан дулааны менежмент нь илүү хялбар байдаг.
Дутмаг:
- Илүү их зай шаардагдана
– Суултын яндангийн загвар нь илүү зузаан байх хандлагатай байдаг
б) Ли-Пол уутны эс
Илүүдэл:
– Авсаархан дизайнтай тул илүү нимгэн, уян хатан болсон
– Эргономикийн тал дээр анхаарлаа төвлөрүүлсэн дээд зэрэглэлийн бүтээгдэхүүнүүдэд тохиромжтой
Дутмаг:
– Илүү сайн механик хамгаалалт шаардлагатай (уут нь илүү эмзэг)
- Чанар нь нийлүүлэгчээс ихээхэн хамаардаг
Үүнээс гадна, дизайнерууд эсийн тохиргоог тодорхойлох ёстой: цуваа (хүчдэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд) эсвэл зэрэгцээ (багтаамжийг нэмэгдүүлэхийн тулд). Ердийн USB гаралтын хувьд олон цахилгаан банк 1S тохиргоог (ойролцоогоор 3,7V нэрлэсэн) ашигладаг бөгөөд дараа нь протоколын шаардлагын дагуу 5/9/12/20V хүртэл хурдасгуур хөрвүүлэгчийг ашигладаг.
4. Цахим архитектур: Оролт, гаралт, эрчим хүчний менежмент
Сайн зөөврийн цэнэглэгчийн загвар нь ихэвчлэн дараах блокуудаас бүрдэнэ.
1. Дотоод батерейг цэнэглэх зориулалттай оролтын порт (ихэвчлэн USB-C).
2. Батерей цэнэглэх гүйдэл болон хүчдэлийг (CC/CV) зохицуулах цэнэглэгч IC.
3. Үлдсэн багтаамжийг нарийн тооцоолох түлшний хэмжүүр / батерейны хяналт.
4. Тогтвортой гаралтын хүчдэл үүсгэхийн тулд DC-DC хөрвүүлэгч (boost/buck эсвэл buck-boost).
5. Хурдан цахилгаан хэлэлцээр хийх зориулалттай USB PD/QC хянагч.
6. Хамгаалалт: хэт гүйдэл, хэт хүчдэл, хэт халалт, богино холболт, бага хүчдэл.
Хэрэв загвар нь зөөврийн компьютер цэнэглэхэд чиглэгдсэн бол USB-C Power Delivery дэмжлэг зайлшгүй шаардлагатай болно, жишээлбэл, 5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/5A (100W хүртэл). Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний хэрэглээ өндөр байх тусам дулааны дизайн, эд ангийн чанар, аюулгүй байдлын гэрчилгээ чухал болно.
5. Дулааны дизайн ба аюулгүй байдал
Батерей дээр суурилсан аливаа төхөөрөмжийн хамгийн чухал хэсэг бол аюулгүй байдал юм. Лити батерей нь дараахь зүйлд мэдрэмтгий байдаг.
- Хэт өндөр температур
– Хэт цэнэглэлт/хэт цэнэггүйжүүлэлт
– Богино холболт
- Бие махбодийн гэмтэл
Тиймээс төхөөрөмж дараах зүйлсийг хийх шаардлагатай:
– Батерейны элементийн ойролцоо болон тэжээлийн IC хэсэгт температурын мэдрэгч (NTC).
– Цахилгаан хувиргагчаас дулааныг тараах зориулалттай дулааны дэвсгэр эсвэл дулаан тараагч.
– Тоос/усны эсэргүүцлийг алдагдуулахгүйгээр идэвхгүй агааржуулалт (боломжтой бол).
– Аюултай нөхцөл байдал үүссэн үед гүйдлийг тасалдаг хамгаалалтын хэлхээ (BMS/PCM).
Мөн бүрхүүлийн дизайн нь батерейг шахах эсвэл цоорохоос сэргийлэхийн тулд дулаалга, эд ангиудын хоорондох аюулгүй зай, механик бат бөх чанарыг харгалзан үзэх ёстой. Арилжааны бүтээгдэхүүний хувьд эдгээр талыг ихэвчлэн уналтын туршилт, температурын туршилт, давтан цэнэглэх туршилт, хяналттай богино залгааны туршилтаар шалгадаг.
6. Эргономик ба хэрэглэгчийн интерфэйс
Хэрэглэгчийн туршлага нь ихэвчлэн дундаж бүтээгдэхүүн болон дээд зэргийн бүтээгдэхүүний хоорондох ялгаа юм. Алдартай онцлогуудад дараахь зүйлс орно.
– Батерейны хувийг харуулсан жижиг дэлгэц эсвэл LED заагч (4 цэгийн гэрлээс илүү мэдээлэл сайтай).
– Багтаамжийг шалгах болон тодорхой горимуудыг идэвхжүүлэх ганц товчлуур.
– Төхөөрөмжийн дагуу гүйдлийг тохируулахын тулд автоматаар илрүүлнэ.
– Ухаалаг цаг/чихэвчний бага гүйдлийн горим.
– Алхаж байхдаа ашиглахад амархан нугардаггүй, тохиромжтой портын байрлалтай.
Биеийн хэлбэр нь бас үүрэг гүйцэтгэдэг: нимгэн загварууд нь халаасандаа хийхэд эвтэйхэн байдаг бол зузаан загварууд нь цүнхэнд тохиромжтой бөгөөд багтаамжийг нэмэгдүүлдэг.
7. Суултын материал ба бүтээгдэхүүний бат бөх чанар
Бүрхүүлд ерөнхийдөө дараахь зүйлс ашиглагддаг:
– PC (поликарбонат): бат бөх, халуунд тэсвэртэй, электрон бүтээгдэхүүнд тохиромжтой.
– ABS: хэмнэлттэй, нэлээд бат бөх боловч халуунд тэсвэртэй байдал нь бага байдаг.
– Хөнгөн цагаан: дээд зэрэглэлийн бөгөөд дулааныг сайн гадагшлуулахад тусалдаг боловч антеннд саад учруулахгүйн тулд сайн дулаалгын дизайн шаарддаг эсвэл өндөр гаралттай үед тухайн хэсгийг халуун мэт мэдрүүлэхээс сэргийлдэг.
Гулсалтын эсрэг өнгөлгөө (резинэн бүрхүүл) нь барьцалдалтыг сайжруулж болох боловч хурдан хуулагдахаас сэргийлж хөлс, тос, үрэлтэд тэсвэртэй эсэхийг шалгах шаардлагатай.
8. Нэмэлт боломжууд: Дамжуулах, Утасгүй болон Модульчлагдсан
Орчин үеийн зарим загварт дараахь зүйлс орно.
– Дамжуулах цэнэглэлт: батерейг адаптераас цэнэглэж байх үед өөр төхөөрөмжийг цэнэглэдэг. Энэ нь тохиромжтой боловч удирдлагын загвар нь хэт халалтаас урьдчилан сэргийлэх ёстой.
– Утасгүй цэнэглэлт (Qi/Qi2): зарим ухаалаг гар утасны хэрэглэгчдэд тохиромжтой боловч үр ашиг багатай, дулаан ялгаруулдаг.
– Модульчлагдсан батерейны багц: хэрэглэгчид шаардлагатай бол багтаамжийн модулиудыг нэмж болно.
– Жижиг нарны хавтан: яаралтай үед тохиромжтой, гэхдээ тэдгээр нь ихэвчлэн удаан бөгөөд үндсэн эх үүсвэр биш харин нэмэлт эх үүсвэр болгон илүү үр дүнтэй байдаг.
Онцлог бүр нь нарийн төвөгтэй байдал, өртөг, туршилтын шаардлагыг нэмэгдүүлдэг тул зорилтот зах зээлтэй уялдуулах ёстой.
9. Стандартын нийцэл ба гэрчилгээ
Өргөн хүрээний зах зээлд нэвтрэхийн тулд төхөөрөмжүүд ихэвчлэн дараахь зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
– Батерей болон тээврийн аюулгүй байдлын стандартууд (жишээ нь, тээвэрлэлтийн UN38.3).
– Бусад төхөөрөмжид саад учруулахаас зайлсхийхийн тулд EMC-ийн шаардлагыг хангасан.
– USB-C PD адаптер болон портуудын гэрчилгээ эсвэл аюулгүй байдлын туршилт.
– Агаарын тээврийн компанийн дүрэм журмын Wh хязгаарлалт; олон агаарын тээврийн компаниуд бүхээгт авчрах боломжтой зорчигчийн багтаамжийг хязгаарладаг тул аяллын аюулгүй байдлыг хангах үүднээс дизайныг ихэвчлэн "тохируулдаг".
Баталгаажуулалтын дэлгэрэнгүй мэдээлэл нь улс орон болон орон нутгийн дүрэм журмаас хамаардаг боловч үнэтэй засвар хийхээс зайлсхийхийн тулд энэ хэрэгцээг эхнээс нь урьдчилан таамаглах нь хамгийн сайн арга юм.
10. Кесимпулан
Нөөц батерейтай зөөврийн цэнэглэгч зохион бүтээх нь зөвхөн "цахилгаан банк хийх" тухай биш, харин аюулгүй, үр ашигтай, ашиглахад тохиромжтой мини эрчим хүчний системийг зохион бүтээх тухай юм. Амжилтын түлхүүр нь зөв батерейны эсүүдийг сонгох, үр ашигтай цэнэглэх болон цэнэггүйжүүлэх архитектур, олон давхар хамгаалалт, сайтар бодож боловсруулсан дулааны болон эргономик дизайнд оршино. Цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж, хурдан цэнэглэх стандарт нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан ирээдүйн бүтээгдэхүүнүүд нь өндөр хүчин чадалтай USB-C PD, илүү нарийвчлалтай батерейны хяналт, аюулгүй байдал, урт наслалтыг нэн тэргүүнд тавьдаг ухаалаг функцууд руу чиглэх болно.
Хэрэв хүсвэл би нийтлэлийн илүү техникийн хувилбарыг (блок диаграммын жишээ, IC сонголт, үр ашгийн тооцоотой хамт) эсвэл технологийн блог/сэтгүүлд зориулсан илүү түгээмэл хувилбарыг бий болгоход тусалж чадна.
