LiPo-akut elektronisille hyllytarrakkeille: valintatekijät

Kuinka valita litium-polymeeripatteri elektronisille hyllymerkintöille: kapasiteetti, koko ja käyttöikä

Elektroninen hyllymerkintä voi viettää suurimman osan päivästä lepovaiheessa, minkä jälkeen se pyytää akkuaan toimittamaan lyhyen virranpulssin langattomaan viestintään, e-paperin päivitykseen tai LED-varoituksen antamiseen. Tämä epätavallinen kuormituskuvio tekee ESL-akkujen valinnasta monimutkaisempaa kuin pelkkä jännitteen ja kapasiteetin sovittaminen.

Akku, joka toimii hyvin kuljetettavassa laitteessa, ei välttämättä tarjoa samaa käyttöikää digitaalisessa hintamerkinnässä. ESL-suunnittelijan on otettava huomioon lepovirta, päivitystaajuus, pulssivirta, käyttölämpötila, saatavilla oleva tila sekä akun vaihto- tai lataustapa.

Litiumipolymeriparistot voivat olla hyvä valinta ohuille, akkukäyttöisille tai monitoimisille elektronisille hyllytarruilla. Ne eivät kuitenkaan automaattisesti ole parhaita ratkaisuja kaikkiin ESL-suunnitteluun.

Oikea päätös alkaa ESL:n todellisesta käyttöprofiilista.

Minkä tyyppistä paristoa käytetään elektronisessa hyllytarrussa?

Useimmat elektroniset hyllytarrut käyttävät e-paperinäyttöä yhdistettynä matalan virrankulutuksen mikro-ohjaimen ja langattoman viestintäjärjestelmän, kuten Bluetooth Low Energyn tai omien ala-GHz-protokollien, kanssa.

Koska e-paperi säilyttää kuvan ilman jatkuvaa virtaa, tarru voi pysyä nukkumistilassa pitkiä aikoja. Virtaa tarvitaan pääasiassa silloin, kun tarru vastaanottaa tietoja, päivittää näyttöään, vilkuttaa LED-valoa tai kommunikoi yhdyskäytävän kanssa.

Kaksi paristoluokkaa otetaan yleensä huomioon.

Primääriset litiumiparistot

Ensimmäisen käytön litium-mangaanidioksidiparistot, mukaan lukien kolikkomaiset ja ohuet pussityyppiset paristot, ovat laajalti käytössä alhaisen tehon kuluttavissa elektronisissa hintalappuissa (ESL), jotka on suunniteltu toimimaan useita vuosia ilman lataamista.

Niiden tärkeimmät edut ovat:

• Alhainen itsepurkaus

• Pituinen hyllyelämä

• Yksinkertainen virta-arkkitehtuuri

• Ei latauspiiriä

• Hyvä soveltuvuus harvinaisiin näytön päivityksiin

Päärajoitus on, että paristo täytyy lopulta vaihtaa tai etiketti ottaa pois käytöstä.

Uudelleenladattavat litium-polymeeriparistot

Uudelleenladattavat litium-polymeeriparistot ovat sopivampia, kun elektronisessa hintalapussa on määritelty lataustapa tai kun sen ominaisuudet vaativat enemmän energiaa kuin perinteinen alhaisen tehon kuluttava etiketti.

Tyyppiset sovellukset sisältävät:

• Uudelleenladattavat elektroniset hintalaput

• Suuret tai usein päivitetyt näytöt

• Usein käytetyt LED-toiminnot sisältävät etiketit

• Vuorovaikutteiset tunnisteet painikkein tai anturein

• Uudelleenkäytettävät logistiikka- ja varastotunnisteet

• Auringonvalolla autettavat tai kosketuslataukseen perustuvat ESL-järjestelmät

• Erittäin ohuet laitteet mukautetulla sisäisellä asettelulla

Uudelleenladattava LiPo-kenno on yleensä nimellisjännitteeltään 3,7 V tai 3,85 V, riippuen sen kemiallisesta koostumuksesta ja latausjännitespesifikaatiosta. Latauspiiri, suojapiiri ja järjestelmän jännitealue on suunniteltava valitun kennojen mukaan.

On myös tärkeää, ettei akkua tunnisteta pelkästään sen pakkauksesta. Ohut, joustava pussikenno voi olla uudelleenladattava litium-ionipolymerikenno tai ei-uudelleenladattava litium-mangaanidiodikennon. Nämä tuotteet eroavat toisistaan jännitteessä, latausvaatimuksissa ja käyttöiän ominaisuuksissa.

Milloin litium-polymeriakkuu on järkevä valinta ESL:lle?

Litium-polymeriakkuu tarjoaa suurimman arvon silloin, kun muoto, paksuus ja uudelleenladattavuus ovat tärkeämpiä kuin primäärikennon mahdollisimman pitkä huoltovapaa käyttöikä.

Sen pussirakenteen ansiosta akku voi hyödyntää suorakulmaisia tai muuten vaikeasti käytettäviä sisäisiä tiloja tehokkaammin kuin kiinteän halkaisijan kolikkoakku. Solua voidaan myös toimittaa mukautettujen johdojen, liittimien, napojen, suojapiirien ja lämpötilantuntevien kanssa.

LiPo-akku tulee harkita, kun:

• Elektronisessa hintalappuessa (ESL) on latauskosketinpinnat, latausasema tai energian keruu

• Kotelo on liian ohut tai epäsäännölmäinen standardien kolikkoakkujen käyttöön

• Etiketti päivitetään useammin kuin perinteinen hintalappu

• Suunnitteluun kuuluu LED-valot, anturit, painikkeet tai muut interaktiiviset toiminnot

• Akun odotetaan latautuvan uudelleen tuotteen käyttöiän aikana

• Standardiakku ei pysty käyttämään saatavilla olevaa sisäistä tilaa tehokkaasti

Jos elektronisen hintalappuksen (ESL) odotetaan toimivan viisi, kymmenen tai useampia vuosia ilman latausta, primääriset litiumakut voivat edelleen olla käytännöllisempi vaihtoehto. LiPo-akku ei tulisi valita pelkästään sen takia, että se sopii koteloon.

1. Aloita saatavilla olevasta tilasta

Paksuus on usein ensimmäinen mekaaninen rajoite elektronisessa hyllymerkinnässä. Akku sijaitsee näytön takana tai sen vieressä, kun taas kotelon on pysyttävä riittävän ohuena sopiakseen standardimaisiin hyllyraileihin.

Suunnittelun tulisi ottaa huomioon enemmän kuin solukuvauksessa esitetyt nimellismitat.

Varaa tilaa paksuustoleranssille ja laajenemiselle

Pussisolu ei saa olla tiukasti puristettuna takakannen ja e-paperi-moduulin välissä. Solun paksuus vaihtelee valmistustoleranssin, lataustilan, lämpötilan ja ikääntymisen mukaan.

Vaadittava varaus tulisi sopia akkutoimittajan kanssa käyttäen todellista soluspesifikaatiota. Kiinteää prosentuaalista varausta ei tulisi soveltaa kaikkiin akkuihin, koska laajenemiskäyttäytyminen riippuu solukemiallisesta koostumuksesta, kapasiteetista, rakenteesta ja käyttöolosuhteista.

Mekaanisen suunnittelun tulisi:

• Välttää suoraa painetta e-paperinäytöllä

• Pitää solun poissa terävistä muoviribien ja ruuvinpohjien alueilta

• Tarjota varaa pussin reunojen ja tiivistysalueen ympärille

• Estä liike ilman jäykkää solun puristamista

• Tukikablit ja -liittimet toistuvaa vetämistä tai värähtelyä vastaan

• Ota akun poisto ja vaihto huoltoon huomioon

Akun kiinnittämiseen voidaan käyttää muovivaahtoa, ohjattuja liima-alueita tai sopivaa akkupesää. Valittu materiaali on oltava yhteensopiva solupussin ja odotetun lämpötila-alueen kanssa.

Älä valitse akkua pelkän näytön koon perusteella

Suurempi näyttö vaatii yleensä enemmän energiaa päivitystä kohden, mutta näytön koko ei ole ainoa tekijä. Kaksi saman kokoinen näyttöä varustettua etikettä voi vaatia hyvin erilaisia tehoja radioprotokollan, päivitystaajuuden, LED-toiminnan ja ohjelmiston vuoksi.

Lopulliset akun mitat on määritettävä täydellisen mekaanisen asettelun ja mitatun tehoprofiilin perusteella.

ESL-suunnitteluskenaario	Tyypillinen akkusuunnittelun suunta	Tarkistettavat pääkohdat
Kompakti, uudelleenladattava tunniste	Ohut yksisoluinen LiPo-akku mukautetulla johtimella tai liitoslevyllä	Vähimmäispaksuus, latausmenetelmä ja huippuvirta
Keskikokoinen tunniste, jota päivitetään usein	Suurempikapasiteettinen yksisoluinen LiPo-akku	Näytön päivitysenergia, radiotapahtumat ja käytettävissä oleva kapasiteetti
Suuri tai interaktiivinen tunniste	Suurempi LiPo-akku tai rinnakkaiskytketty soluratkaisu	LED-kuorma, päivitystaajuus, suojapiiri ja latausaika
Kylmävarastointitunniste	Matalan lämpötilan kenno tai vaihtoehtoinen primäärikemiallinen koostumus	Pulssijännite, purkuteho ja latausrajoitukset
Pitkän käyttöiän merkintä ilman lataamista	Primäärisiä litiumparistoja suositaan usein	Itsepurkautuminen, pulssikyky ja vaihtostrategia

Tämä taulukko on suunnittelun lähtökohta, ei kapasiteettisuositus. Kapasiteetti on laskettava laitteen mitatusta kulutuksesta.

2. Laadi realistinen tehobudjetti

ESL:n keskimääräinen virta voi näyttää erinomaisen alhalta, mutta pelkkä keskimääräinen virta ei kuitenkaan kerro, pystyykö paristo tukemaan jokaista näytön päivitystä.

Sopiva tehobudjetti sisältää:

• MCU:n lepovirta

• Radio valmiustila ja vastaanottovirta

• Lähetyksen virta

• E-paperin päivitysvirta ja kesto

• LED-virta ja vilkaisuaika

• Anturin tai painikkeen toiminta

• Jänniteregulaattorin tappiot

• Akun suojapiirin kulutus

• Latauspiirin lepovirta

• Odotetut päivitysepäonnistumiset ja uudelleislähetykset

Päivittäinen kulutus voidaan arvioida seuraavasti:

Päivittäinen kapasiteetin käyttö = lepokulutus + viestintäkulutus + näytön päivityskulutus + lisävarusteiden kulutus

Yksittäiselle tapahtumalle:

Tapahtuman kulutus milliampeeritunnissa = tapahtuman virta milliampeereinä × tapahtuman kesto tunteina × tapahtumia päivässä

Arvioitu kuorma suunnitellun käyttöajan aikana on sitten säädettävä seuraavien tekijöiden mukaan:

• Hyödynnettävissä oleva kapasiteetti järjestelmän katkaisujännitteellä

• Matalalämpötilassa tapahtuva kapasiteetin väheneminen

• Kennojen ikääntyminen

• Itsesäästö

• Muuntotappiot

• Tuotantovaihtelut

• Tekninen varaus

Älä laske akun käyttöikää nimelliskapasiteetista jaettuna keskimääräisellä virralla ja pysähdy siihen. Tämä menetelmä jättää huomiotta pulssien aiheuttaman jännitepudotuksen, lämpötilan sekä kapasiteetin, joka jää käyttämättä järjestelmän pienimmän käyttöjännitteen alapuolella.

Mitaa toimiva prototyyppi

Komponenttien tekniset tiedot ovat hyödyllisiä varhaisessa suunnittelussa, mutta lopullinen akun valinta tulisi perustua mittauksiin todellisesta ESL-prototyypistä.

Käytä tehoanalysaattoria tai virran kirjaavaa laitetta rekisteröimään:

• Syvän levon virran

• Yhdyskäytävän yhdistämis tapahtumat

• Tavallisen näytön päivityksen

• Koko näytön tai monivärisen päivityksen

• LED-toiminnan

• Epäonnistuneet viestintätapahtumat ja uudelleenyritöt

• Toiminta minimi- ja maksimilämpötiloissa

Tämä mittaus paljastaa usein lyhyitä kuormia, jotka puuttuvat alkuperäisestä taulukosta.

3. Tarkista pulssivirta ja elinkaaren lopun jännite

ESL-radiot ja e-paperinäytöt aiheuttavat lyhyitä virtapulsseja. Vaikka kunkin pulssin käyttämä kokonaismäärä energiaa olisi pieni, akun jännite voi laskea väliaikaisesti solun impedanssin vuoksi.

Ongelma pahenee, kun:

• Akku on kylmä

• Jäljellä oleva kapasiteetti on alhainen

• Solu on ikääntynyt

• Päivitysvirta on korkea

• Suojapiiri tai liitin lisää vastusta

Jos jännite laskee alle mikro-ohjaimen (MCU) alajännite-lukitusrajan, tunniste voi nollautua päivityksen aikana. Tämän jälkeen se saattaa käynnistyä uudelleen, muodostaa uudelleen yhteyden ja toistaa saman operaation, kuluttaen näin vielä enemmän energiaa.

Akun arviointiin tulisi siksi kuulua:

• Tasavirtainen sisäinen vastus

• Odotettu pulssikuorma jännitteenä

• Pulssin kesto

• Järjestelmän katkaisujännite

• Mikro-ohjaimen (MCU) alajännite-raja

• Liittimien ja johtojen vastus

• Suorituskyky alhaisessa varausasteessa

• Suorituskyky alhaisimmassa käyttölämpötilassa

Suurempi nimelliskapasiteetti ei välttämättä ratkaise pulssiongelmaa. Solun rakenne, elektrodien suunnittelu, lämpötila ja piirin vastus voivat olla yhtä tärkeitä.

4. Käsittele palveluelin väitteitä varoen

ESL-akun kestovuusväite on voimassa vain, kun käyttöolosuhteet on määritelty.

Väite kuten "enintään kymmenen vuotta" tulee määritellä tai ainakin perustua seuraaviin tekijöihin:

• Päivittäisten päivitysten lukumäärä

• Näytön tyyppi ja värimäärä

• Langaton viestintätaajuus

• LED-valojen käyttö

• Toimintatemperatuuri

• Verkko-olosuhteet

• Levossa olevan virran suuruus

• Akun kemia

• Järjestelmän katkaisujännite

Uudelleenladattavat litium-polymeeriakut kärsivät itsepurkautumisesta ja kalenteri-ikääntymisestä, vaikka niitä ei käytettäisi usein. Niiden pitkän ajan säilyvyys riippuu lämpötilasta, varauksen tilasta ja kenkäsuunnittelusta. Siksi on turvaton olettaa, että jokaisen LiPo-kenkän vuotuinen itsepurkautumisaste olisi vain yksi tai kaksi prosenttia.

Monivuotiselle hankkeelle pyydä toimittajalta säilytys-, varastointi- ja ikääntymistietoja ehdotetusta kennosta. Kiihdytettyjen testien tuloksia tulee tarkastella yhdessä todellisten käyttöolosuhteiden kanssa.

Jos latausmenetelmää ei ole ja päävaatimus on mahdollisimman pitkä huoltovapaa elinikä, vertaa LiPo-ratkaisua sopivaan primäärisen litiumakun ratkaisuun ennen arkkitehtuurin lopullista määrittelyä.

5. Ota kylmäketju käyttöön varhaisessa vaiheessa

Jääkaappinäytöissä ja jäädytettyjen tuotteiden alueilla käytetyt elektroniset hyllymerkintätarvikkeet aiheuttavat erilaisen akkuhaasteen.

Alhaisissa lämpötiloissa kennoimpedanssi nousee ja saatavilla oleva kapasiteetti laskee. Jännitteen lasku radiolähetyksen tai e-paperin päivityksen aikana voi olla niin suuri, että järjestelmä nollautuu, vaikka akussa olisi vielä käyttökelpoista energiaa.

Uudelleenladattavilla litium-ionikennolla on myös tärkeitä latausrajoituksia alhaisissa lämpötiloissa. Standardia LiPo-kennoa ei saa ladata alempiin lämpötiloihin kuin sen valmistaja on määritellyt. Järjestelmä voi vaatia:

• Solukkella, joka on hyväksytty alhaisen lämpötilan käyttöön

• Laturi, jossa on lämpötilantunnistus ja latauksen estotoiminto

• Vähennetty latausvirta

• Eri akkukemiallinen koostumus

• Firmware, joka rajoittaa korkeita kuormitustapahtumia, kun akku on kylmä

• Suurempi jännitemarginaali yläpuolella MCU:n katkaisujännitettä

Jääkaappisovelluksissa testaa täydelliset merkintätarrat lämpötilakammiossa. Huoneenlämpöiset kapasiteettitiedot eivät voi ennustaa tarkasti kylmän pulssin suorituskykyä.

6. Arvioi solun rakenne ilman, että luotat yhteen merkintään

Pinottu elektrodirakenne voi olla hyödyllinen ohuille soluille ja tarjota hyvän mitallisen tarkkuuden. Kierretty rakenne on myös laajalti käytetty ja voi toimia luotettavasti, kun se on suunniteltu ja valmistettu asianmukaisesti.

On liian yksinkertaista olettaa, että kaikki pinotut solut ovat parempia kuin kaikki kierretyt solut.

Sen sijaan vertaa todellisia teknisiä tietoja ja testituloksia seuraaviin kohtiin:

• Paksuuden tarkkuus

• Tasavirtainen sisäinen vastus

• Pulssisuorituskyky

• Cycle Life

• Varastointikäyttäytyminen

• Turvotus määritellyissä olosuhteissa

• Purku alhaisessa lämpötilassa

• Korkealämpötilasäilytys

• Erä-erä -yhtenäisyydestä

Oikea rakenne on se, joka täyttää ESL:n sähkölliset ja mekaaniset vaatimukset johdonmukaisella tuotantolaadulla.

7. Vahvista turvallisuus- ja kuljetusvaatimukset

Vaadittavaa vaatimustenmukaisuutta on suunniteltava ennen kuin akun mitat ja sähköinen rakenne on lopullistettu.

Vaadittavat vaatimukset vaihtelevat markkinakohtaisesti sekä sen mukaan, toimitetaanko kenno erikseen, asennetaanko se laitteeseen vai koostetaanko se suojattuun akkupakettiin. Yleisiä standardeja ja testejä voivat olla:

• UN 38.3 litiumakkujen kuljetustesteihin

• IEC 62133-2 portableille tiukkumattomille litiumakkukennoille ja akkuille

• UL 1642 litiumkennolle kyseisissä sovelluksissa

• UL 2054 tiettyihin kotitalous- ja kaupallisesti käytettäviin akkupaketteihin

• Alueelliset vaatimukset, jotka koskevat koko ESL-tuotetta

Yhden kenno-mallin testiraportti ei automaattisesti kata muokattua rakennetta, eri kennoyhdistelmää tai uudelleen suunniteltua akkupakettia. Vahvista, että asiakirjat vastaavat tarkalleen projektissa toimitettavaa akkua.

Akun tekniset tiedot tulisi myös määritellä seuraavasti:

• Maksimi latausjännite

• Lataus- ja purkuvirta

• Suojarajat

• Toiminta- ja varastotila

• Kennojen ja pakettien tunnistus

• Liittimen napaisuus

• Johtimen ja liitoslevyn vaatimukset

• Tuotantotakuu

8. Kysymyksiä, joita tulisi esittää ESL-akkuja toimittavalle yritykselle

Ennen prototyyppien tilaamista toimittajalle tulee antaa enemmän tietoja kuin vain haluttu jännite ja kapasiteetti.

Hyödyllinen ESL-akkupyynnön tulee sisältää:

1. Käytettävissä olevat akkutilan mitat

2. Suurin sallittu paksuus

3. Nimellisjännite ja käyttöjännitealue

4. Mitattu lepotilaan kuluvan virran määrä

5. Suurin pulssivirta ja sen kesto

6. Päivittäisten päivitysten lukumäärä

7. Radioprotokolla

8. Näytön koko ja värimäärittely

9. LED- tai anturin toimintaprofiili

10. Toiminta- ja varastotila

11. Tarkoitettu käyttöikä

12. Latausmenetelmä, jos sovellettavissa

13. Liittimen, johdon, liitoslevyn ja napaisuusvaatimukset

14. Vaaditut sertifikaatit ja kohdemarkkinat

15. Prototyyppien ja vuosittainen tuotantomäärä

Tämän tiedon antaminen varhain tekee helpommaksi arvioida, sopiiko standardisolu vai onko räätälöity akku perusteltu.

Usein kysytyt kysymykset

Mikä akku on paras elektroniselle hyllymerkille?

Ei ole yhtä parasta akkua kaikkiin ESL-käyttötapauksiin. Primäärisiä litium-mangaanidiosidiparistoja käytetään laajalti pitkäikäisissä, harvoin päivitetyissä hyllymerkeissä. Uudelleenladattavia litiumpolymeeriparistoja suositellaan paremmin ohuille, uudelleenladattaville, usein päivitetyille tai monipuolisemmin varustettujen ESL-ratkaisujen suunnitteluun.

Voiko litiumipolymeripatteri tarjota virran ESL-laitteelle kymmenen vuoden ajan?

Sitä ei pidä olettaa ilman sovelluskohtaista testausta. Käyttöikä riippuu kennojen kemiallisesta koostumuksesta, kapasiteetista, itsepurkautumisesta, lämpötilasta, lepovirrasta, päivitystiukkuudesta ja pulssisuorituskyvystä. Uudelleenladattava LiPo-järjestelmä vaatii myös realistisen lataus- tai huoltotavan.

Kuinka ESL-patterin kapasiteetti lasketaan?

Kapasiteetti tulisi laskea mitatusta lepovirrasta, langattomista tapahtumista, näytön päivityksistä, LED-valoista ja muista kuormista. Tuloksen tulee sisältää myös häviöt, ikääntyminen, lämpötilavaikutukset, käytettävissä oleva kapasiteetti katkaisujännitteellä sekä tekninen varaus.

Miksi ESL-näyttö nollautuu näytön päivityksen aikana?

Yleinen syy on hetkellinen jännitteenlasku pulssikuorman alla. Kylmä lämpötila, vanhentunut patteri, korkea sisäinen vastus, ohuet johtimet tai liittimen vastus voivat laskea syöttöjännitettä alle mikro-ohjaimen vähimmäiskäyttöjännitteen.

Voiko standardia LiPo-kennoa käyttää pakastimen ESL-laitteessa?

Vain jos kenno on arvioitu ja testattu vaaditulle lämpötilalle. Alhaisen lämpötilan purkukyky ja latausrajoitukset on molemmat otettava huomioon. Jotkin kylmäketjuun liittyvät hankkeet saattavat hyötyä paremmin erityisesti alhaisille lämpötiloille suunnitellusta kennoista tai primäärisestä litiumkemiasta.

Lopuksi

Elektronisen hyllymerkinnän litiumpolymeripariston valinta on systeemitasoinen insinöörinpäätös. Kapasiteetti on tärkeä, mutta myös paksuustoleranssi, pulssivirta, katkaisujännite, lämpötila, vanheneminen ja latausstrategia ovat merkityksellisiä.

Ohuelle uudelleenladattavalle ESL:lle räätälöity LiPo-kenno voi hyödyntää sisäistä tilaa tehokkaammin ja yksinkertaistaa mekaanista integrointia. Perinteiselle merkinnälle, joka odotetaan toimivan useita vuosia ilman latausta, primäärisen litiumpariston käyttö voi tarjota sopivamman tasapainon käyttöiän ja huoltokustannusten välillä.

Cowon tukee elektronisten hyllymerkkien akkuprojekteja standardi- ja mukautettujen akkuvalintojen avulla, mukaan lukien solukokojen arviointi, johdot, liittimet, liitoslevyt, suojapiirit ja sovelluskohtaiset akkukonfiguraatiot.

Akun arvioimiseksi elektronisessa hyllymerkissä lähetä meille saatavilla oleva akun tila, jännitealue, päivitystaajuus, käyttölämpötila ja odotettu vuosittainen määrä. Tiimimme auttaa tarkistamaan vaatimukset ja suosittelemaan sopivaa akkuratkaisua.