Baterii LiPo pentru Etichete Electronice de Raft: Ghid de Selectare

Cum să alegeți o baterie cu polimer de litiu pentru etichetele electronice de raft: capacitate, dimensiune și durată de viață

O etichetă electronică de raft poate petrece aproape întreaga zi în stare de repaus, apoi poate cere bateriei să furnizeze un impuls scurt de curent pentru comunicarea fără fir, actualizarea unei afișaje cu hârtie electronică sau un semnal LED. Acest tip neobișnuit de sarcină face selecția bateriei pentru ESL mai complicată decât simpla potrivire a unei tensiuni și a unei capacități.

O baterie care funcționează bine într-un dispozitiv purtător nu oferă neapărat aceeași durată de viață într-o etichetă digitală de preț. Proiectantul ESL trebuie să țină cont de curentul de repaus, frecvența actualizărilor, curentul pulsatoriu, temperatura de funcționare, spațiul disponibil și modul în care bateria va fi înlocuită sau reîncărcată.

Bateriile cu polimer de litiu pot fi o alegere bună pentru etichetele electronice de raft subțiri, reîncărcabile sau cu funcționalități avansate. Totuși, acestea nu reprezintă în mod automat cea mai bună soluție pentru fiecare proiect de ESL. Multe etichete convenționale folosesc încă baterii primare din dioxid de mangan și litiu datorită autodescărcării reduse și duratei lungi de stocare.

Decizia corectă pornește de la profilul real de funcționare al ESL.

Ce tip de baterie este utilizat într-o etichetă electronică de raft?

Majoritatea etichetelor electronice de raft folosesc un ecran e-paper combinat cu un microcontroler de consum scăzut și un sistem de comunicații fără fir, cum ar fi Bluetooth Low Energy sau un protocol proprietar sub-GHz.

Deoarece ecranul e-paper păstrează imaginea fără alimentare continuă, eticheta poate rămâne în modul de repaus timp îndelungat. Alimentarea este necesară în principal atunci când eticheta primește date, actualizează afișajul, aprinde un LED sau comunică cu un gateway.

Se iau în considerare două categorii de baterii.

Baterii primare din litiu

Bateriile primare de litiu-dioxid de mangan, inclusiv celulele în formă de monedă și celulele subțiri de tip pouch, sunt utilizate pe scară largă în etichetele electronice pentru prețuri (ESL) cu consum scăzut, concepute pentru o funcționare de mai mulți ani fără reîncărcare.

Principalele lor avantaje includ:

• Autodescărcare scăzută

• Durată lungă de valabilitate

• Arhitectură simplă de alimentare

• Fără circuit de încărcare

• Potrivire bună pentru actualizări rare ale afișajului

Limitarea principală este că bateria trebuie în cele din urmă înlocuită sau eticheta trebuie scoasă din uz.

Baterii recaricabile de polimer de litiu

Bateriile recaricabile de polimer de litiu sunt mai potrivite atunci când eticheta electronică pentru prețuri dispune de o metodă definită de încărcare sau atunci când caracteristicile sale necesită mai multă energie decât o etichetă tradițională cu consum scăzut.

Aplicații tipice includ:

• Etichete electronice pentru prețuri recaricabile

• Afișaje mari sau actualizate frecvent

• Etichete cu activitate frecventă a LED-urilor

• Etichete interactive cu butoane sau senzori

• Etichete reutilizabile pentru logistica și depozitare

• Sisteme ESL asistate de energie solară sau încărcate prin contact

• Dispozitive ultra-subțiri cu o configurație internă personalizată

O celulă LiPo reîncărcabilă are, în general, o tensiune nominală de 3,7 V sau 3,85 V, în funcție de compoziția sa chimică și de specificația tensiunii de încărcare. Circuitul integrat de încărcare, circuitul de protecție și domeniul de tensiune al sistemului trebuie proiectate în jurul celulei selectate.

Este, de asemenea, important să nu identificați o baterie doar după ambalajul său. O baterie subțire și flexibilă în format de pungă poate fi o celulă polimer-litiu reîncărcabilă sau o celulă neîncărcabilă din dioxid de mangan-litiu. Aceste produse au tensiuni diferite, cerințe diferite de încărcare și caracteristici diferite ale duratei de viață.

Când este potrivită o baterie polimer-litiu pentru un sistem ESL?

O baterie polimer-litiu oferă cea mai mare valoare atunci când forma, grosimea și posibilitatea de reîncărcare sunt mai importante decât obținerea celei mai lungi durate posibile de funcționare fără intervenție, pe care o oferă o celulă primară.

Structura sa în formă de pungă permite bateriei să utilizeze mai eficient spațiile interne dreptunghiulare sau altfel de spații dificil de folosit, comparativ cu o celulă tip monedă de diametru fix. Celula poate fi, de asemenea, furnizată cu fire personalizate, conectori, tabele, circuite de protecție și senzori de temperatură.

LiPo ar trebui luată în considerare atunci când:

• Eticheta electronică include contacte de încărcare, o stație de încărcare sau captare a energiei

• Carcasa este prea subțire sau neregulată pentru celulele tip monedă standard

• Eticheta este actualizată mai frecvent decât o etichetă convențională de preț

• Designul include LED-uri, senzori, butoane sau alte funcții interactive

• Se preconizează ca bateria să fie reîncărcată în timpul duratei de funcționare a produsului

• O baterie standard nu poate utiliza eficient spațiul intern disponibil

Pentru o etichetă electronică care trebuie să funcționeze timp de cinci, zece sau mai mulți ani fără încărcare, chimia primară de litiu poate rămâne opțiunea mai practică. O celulă LiPo reîncărcabilă nu trebuie aleasă doar pentru că se potrivește carcassei.

1. Începeți cu spațiul disponibil

Grosimea este adesea prima constrângere mecanică într-o etichetă electronică de raft. Bateria este plasată în spatele sau lângă afișaj, iar carcasă trebuie să rămână suficient de subțire pentru a se potrivi cu șinele standard de raft.

Proiectarea trebuie să țină cont de mai mult decât dimensiunile nominale indicate pe desenul celulei.

Asigurați spațiu pentru toleranța de grosime și pentru dilatare

O celulă în format pouch nu trebuie comprimată strâns între capacul posterior și modulul cu e-hârtie. Grosimea celulei variază în funcție de toleranța de fabricație, starea de încărcare, temperatură și îmbătrânire.

Toleranța necesară trebuie stabilită împreună cu furnizorul de baterii, pe baza specificației reale a celulei. Nu se recomandă aplicarea unei procente fixe la toate bateriile, deoarece comportamentul de dilatare depinde de chimia celulei, capacitate, construcție și condiții de funcționare.

Proiectarea mecanică trebuie să:

• Evite presiunea directă asupra afișajului cu e-hârtie

• Mențină celula la distanță de nervuri plastice ascuțite și de suporturile pentru șuruburi

• Asigure joc în jurul marginilor și al zonei de etanșare a celulei în format pouch

• Previne mișcarea fără a comprima rigid celula

• Susține firele și etichetele împotriva tragerii repetate sau a vibrațiilor

• Se va lua în considerare demontarea și înlocuirea bateriei în timpul întreținerii

Pentru fixarea bateriei se pot folosi spumă, zone controlate de adeziv sau un suport adecvat pentru baterie. Materialul ales trebuie să fie compatibil cu punga celulei și cu intervalul de temperatură prevăzut.

Nu selectați bateria doar pe baza dimensiunii ecranului

Un ecran mai mare necesită, de obicei, mai multă energie la fiecare reîmprospătare, dar dimensiunea ecranului nu este singurul factor. Două etichete cu aceeași dimensiune de afișaj pot avea cerințe foarte diferite de putere datorită protocolului radio, frecvenței de actualizare, comportamentului LED-urilor și firmware-ului.

Dimensiunile finale ale bateriei trebuie stabilite pe baza întregului dispozitiv mecanic și a profilului măsurat de consum de energie.

Scenariu de proiectare ESL	Direcție tipică de proiectare a bateriei	Principalele puncte de verificat
Etichetă compactă, reîncărcabilă	LiPo cu o singură celulă, subțire, cu cablu personalizat sau taburi	Grosime minimă, metodă de încărcare și curent de vârf
Etichetă medie cu actualizări frecvente	LiPo cu o singură celulă, capacitate mai mare	Energie pentru reîmprospătarea afișajului, evenimente radio și capacitate utilizabilă
Etichetă mare sau interactivă	LiPo mai mare sau soluție cu celule în paralel	Sarcină LED, frecvență de actualizare, circuit de protecție și timp de încărcare
Etichetă pentru stocare la rece	Celulă pentru temperaturi scăzute sau chimie primară alternativă	Tensiune de impuls, performanță la descărcare și restricții de încărcare
Etichetă de durată lungă fără încărcare	Bateriile primare cu litiu sunt adesea preferate	Autodescărcare, capacitate de impuls și strategie de înlocuire

Această tabelă reprezintă un punct de plecare pentru proiectare, nu o recomandare privind capacitatea. Capacitatea trebuie calculată pe baza consumului măsurat al dispozitivului.

2. Elaborarea unui buget realist de putere

Curentul mediu al unui ESL poate părea extrem de scăzut, dar curentul mediu singur nu indică dacă bateria poate susține fiecare actualizare a afișajului.

Un buget corect de putere ar trebui să includă:

• Curentul de repaus al MCU

• Curent de repaus și de recepție pentru radio

• Curent de transmisie

• Curent de reîmprospătare și durată pentru e-hârtie

• Curent LED și durată intermitentă

• Activitate senzor sau buton

• Pierderi reglator tensiune

• Consum circuit protecție baterie

• Curent de repaus circuit încărcare

• Eșecuri așteptate actualizare și retransmisii

Consumul zilnic poate fi estimat ca:

Utilizarea zilnică a capacității = consumul în stare de repaus + consumul de comunicații + consumul de reîmprospătare a afișajului + consumul accesorilor

Pentru un eveniment individual:

Consumul evenimentului în mAh = curentul evenimentului în mA × durata evenimentului în ore × numărul de evenimente pe zi

Încărcarea estimată pe perioada de funcționare prevăzută trebuie apoi ajustată pentru:

• Capacitatea utilizabilă la tensiunea de întrerupere a sistemului

• Reducerea capacității la temperaturi scăzute

• Îmbătrânirea celulelor

• Auto-descărcare

• Pierderi prin conversie

• Variația în producție

• O rezervă inginerescă

Nu calculați durata de viață a bateriei împărțind capacitatea nominală la curentul mediu și opriți-vă acolo. Această metodă ignoră scăderea de tensiune legată de impulsuri, temperatura și capacitatea care rămâne indisponibilă sub tensiunea minimă de funcționare a sistemului.

Măsurați un prototip funcțional

Fișele tehnice ale componentelor sunt utile în faza inițială de proiectare, dar selecția finală a bateriei trebuie să se bazeze pe măsurători efectuate pe un prototip ESL real.

Utilizați un analizor de putere sau un instrument de înregistrare a curentului pentru a înregistra:

• Curentul în modul de somn profund

• Evenimentele de conectare la gateway

• O actualizare normală a afișajului

• O actualizare pe întreaga suprafață sau cu mai multe culori

• Funcționarea LED-urilor

• Evenimentele de comunicare eșuate și reîncercări

• Funcționarea la temperaturi minime și maxime

Această măsurătoare evidențiază adesea sarcini scurte care lipsesc din foaia de calcul inițială.

3. Verificați curentul pulsator și tensiunea de sfârșit de viață

Radioemisoarele ESL și afișajele cu hârtie electronică generează impulsuri scurte de curent. Chiar dacă energia totală consumată de fiecare impuls este mică, tensiunea bateriei poate scădea temporar din cauza impedanței celulei.

Problema devine mai gravă atunci când:

• Bateria este rece

• Capacitatea rămasă este scăzută

• Celula a îmbătrânit

• Curentul de actualizare este ridicat

• Circuitul de protecție sau conectorul adaugă rezistență

Dacă tensiunea scade sub pragul de blocare la tensiune scăzută al MCU, eticheta se poate reseta în timpul unei actualizări. Apoi poate reporni, reconecta și repeta aceeași operațiune, consumând chiar mai multă energie.

Evaluarea bateriei ar trebui să includă, prin urmare:

• Rezistență internă în curent continuu

• Tensiune sub sarcina pulsatorie așteptată

• Durata impulsului

• Tensiune de deconectare a sistemului

• Prag de scădere a tensiunii MCU

• Rezistență a conectorilor și a cablurilor

• Performanță la starea redusă de încărcare

• Performanță la cea mai scăzută temperatură de funcționare

O capacitate nominală mai mare nu rezolvă neapărat o problemă de puls. Construcția celulei, proiectarea electrozilor, temperatura și rezistența circuitului pot fi la fel de importante.

4. Tratați cu atenție afirmațiile privind durata de viață în exploatare

O afirmație privind durata de viață a unei baterii ESL este valabilă doar atunci când sunt definite condițiile de funcționare.

O afirmație de tipul „până la zece ani” trebuie să specifice, sau cel puțin să se bazeze pe:

• Numărul de actualizări pe zi

• Tipul afișajului și numărul de culori

• Frecvența comunicației fără fir

• Utilizarea LED-urilor

• Temperatură de funcționare

• Condițiile de rețea

• Curentul în modul de repaus

• Chimie a bateriei

• Tensiune de deconectare a sistemului

Celulele recarjabile din polimer de litiu suferă autodescărcare și îmbătrânire calendaristică chiar și atunci când nu sunt supuse frecvent ciclurilor de încărcare-descărcare. Reținerea lor pe termen lung depinde de temperatură, stare de încărcare și designul celulei. Prin urmare, nu este sigur să presupunem că fiecare celulă LiPo are o rată anuală de autodescărcare de doar unu sau doi procente.

Pentru un proiect pe mai mulți ani, cereți furnizorului date privind reținerea, stocarea și îmbătrânirea celulei propuse. Rezultatele testelor accelerate trebuie analizate împreună cu condițiile reale de utilizare.

Dacă nu există nicio metodă de încărcare și cerința principală este cea mai lungă durată posibilă de funcționare fără întreținere, comparați soluția LiPo cu o soluție adecvată pe bază de baterii primare de litiu înainte de a finaliza arhitectura.

5. Luați în considerare funcționarea lanțului frigorific la stadiul incipient

Etichetele electronice de raft utilizate în afișajele refrigerate și în zonele de produse congelate ridică o provocare diferită privind bateriile.

La temperaturi scăzute, impedanța celulei crește, iar capacitatea disponibilă scade. Căderea de tensiune în timpul unei transmisii radio sau a unei reîmprospătări e-paper poate deveni suficient de mare pentru a reseta sistemul, chiar dacă bateria conține încă energie utilizabilă.

Bateriile reîncărcabile cu ion-litiu au, de asemenea, restricții importante privind încărcarea la temperaturi scăzute. O celulă standard LiPo nu trebuie încărcată sub temperatura specificată de producătorul său. Sistemul poate necesita:

• O celulă calificată pentru temperaturi scăzute

• Un încărcător cu senzor de temperatură și inhibare a încărcării

• Un curent de încărcare redus

• O altă chimie a bateriei

• Un firmware care limitează evenimentele cu sarcină ridicată atunci când bateria este rece

• Un interval de tensiune mai mare deasupra pragului de oprire al MCU

Pentru aplicațiile de congelare, testați etichetele complete într-o cameră de temperatură. Datele de capacitate la temperatura camerei nu pot prezice cu exactitate performanța la impulsuri reci.

6. Evaluați construcția celulelor fără a vă baza pe o singură etichetă

Construcția cu electrozi suprapuși poate fi utilă pentru celule subțiri și poate oferi un control dimensional bun. Construcția înrolată este, de asemenea, larg răspândită și poate funcționa în mod fiabil atunci când este proiectată și fabricată corespunzător.

Este prea simplu să presupuneți că fiecare celulă suprapusă este mai bună decât fiecare celulă înrolată.

În schimb, comparați specificațiile reale și datele de testare pentru:

• Toleranță de grosime

• Rezistență internă în curent continuu

• Performanța la impulsuri

• Ciclul de viață

• Comportamentul în timpul stocării

• Umflarea în condițiile specificate

• Descărcare la temperaturi scăzute

• Stocare la temperatură ridicată

• Conformitate între loturi

Construcția potrivită este cea care îndeplinește cerințele electrice și mecanice ale ESL cu o calitate constantă în producție.

7. Confirmați cerințele de siguranță și transport

Conformitatea trebuie planificată înainte ca dimensiunile bateriei și proiectarea electrică să fie definitive.

Cerințele variază în funcție de piață și de faptul dacă celula este livrată separat, instalată în echipamente sau asamblată într-un acumulator protejat. Standardele și testele comune pot include:

• UN 38.3 pentru testarea transportului acumulatorilor cu litiu

• IEC 62133-2 pentru celule secundare sigilate cu litiu portabile și acumulatori

• UL 1642 pentru celule cu litiu în aplicațiile relevante

• UL 2054 pentru anumite acumulatori casnici și comerciali

• Cerințe regionale aplicabile produsului ESL complet

Un raport de test pentru un model de celulă nu acoperă automat o construcție modificată, o combinație diferită de celule sau un acumulator nou proiectat. Confirmați că documentele corespund exact acumulatorului furnizat pentru proiect.

Specificația acumulatorului ar trebui, de asemenea, să definească:

• Tensiune maximă de incarcare

• Curent de încărcare și descărcare

• Limite de protecție

• Temperatură de funcționare și stocare

• Identificarea celulelor și a bateriei

• Polaritatea conectorului

• Cerințe privind cablurile și tabelele

• Urmăribilitatea producției

8. Întrebări de pus unui furnizor de baterii ESL

Înainte de comandarea prototipurilor, furnizați furnizorului mai mult decât tensiunea și capacitatea dorite.

O cerere utilă de baterie ESL ar trebui să includă:

1. Dimensiunile disponibile ale compartimentului pentru baterie

2. Grosimea maximă permisă

3. Gama nominală și de funcționare a tensiunii

4. Curentul de repaus măsurat

5. Curentul pulsator maxim și durata acestuia

6. Numărul de actualizări pe zi

7. Protocolul radio

8. Dimensiunea afișajului și configurația culorilor

9. Profilul de funcționare al LED-urilor sau al senzorilor

10. Temperatură de funcționare și stocare

11. Durata de viață prevăzută

12. Metoda de încărcare, dacă este cazul

13. Cerințe privind conectorul, cablul, tabelele și polaritatea

14. Certificările obligatorii și piețele destinație

15. Cantitățile de prototip și producție anuală

Furnizarea acestor informații într-un stadiu incipient facilitează stabilirea dacă o celulă standard este potrivită sau dacă este justificată utilizarea unei baterii personalizate.

Întrebări frecvente

Care este cea mai bună baterie pentru o etichetă electronică de raft?

Nu există o singură baterie ideală pentru toate etichetele ESL. Bateriile primare cu dioxid de mangan și litiu sunt utilizate pe scară largă pentru etichetele cu durată lungă de viață și cu actualizări rare. Bateriile reîncărcabile cu polimer de litiu sunt mai potrivite pentru designurile ESL subțiri, reîncărcabile, cu actualizări frecvente sau cu funcționalități avansate.

Poate o baterie cu polimer de litiu alimenta o etichetă ESL timp de zece ani?

Nu se poate presupune acest lucru fără teste specifice aplicației. Durata de serviciu depinde de chimia celulei, capacitate, autodescărcare, temperatură, curentul de repaus, frecvența actualizărilor și performanța în impuls. Un sistem reîncărcabil LiPo necesită, de asemenea, o strategie realistă de încărcare sau întreținere.

Cum se calculează capacitatea bateriei pentru o etichetă ESL?

Capacitatea trebuie calculată pornind de la curentul măsurat în stare de repaus, evenimentele fără fir, reîmprospătările ecranului, diodele electroluminiscente și alte sarcini. Rezultatul trebuie apoi să includă pierderile, îmbătrânirea, efectele temperaturii, capacitatea utilizabilă la tensiunea de tăiere și o rezervă inginerescă.

De ce se resetează un ESL în timpul unei actualizări a ecranului?

O cauză frecventă este o scădere temporară a tensiunii sub sarcina pulsatorie. Temperatura scăzută, o baterie îmbătrânită, o rezistență internă ridicată, cabluri subțiri sau rezistența conectorilor pot reduce tensiunea de alimentare sub nivelul minim de funcționare al MCU.

Poate fi folosită o celulă standard LiPo într-un ESL pentru congelator?

Doar dacă celula este certificată și testată pentru temperatura necesară. Trebuie luate în considerare atât capacitatea de descărcare la temperaturi scăzute, cât și restricțiile de încărcare. Unele proiecte din lanțul frigorific ar putea beneficia mai mult de o celulă specializată pentru temperaturi scăzute sau de o chimie primară cu litiu.

Gânduri finale

Selectarea unei baterii cu polimer de litiu pentru o etichetă electronică de raft reprezintă o decizie de inginerie la nivel de sistem. Capacitatea este importantă, dar la fel de importante sunt și toleranța de grosime, curentul pulsator, tensiunea de tăiere, temperaturile, îmbătrânirea și strategia de încărcare.

Pentru o etichetă electronică de raft (ESL) subțire, o celulă LiPo personalizată poate utiliza mai eficient spațiul interior și poate simplifica integrarea mecanică. Pentru o etichetă convențională care trebuie să funcționeze mulți ani fără încărcare, o baterie primară de litiu poate oferi un echilibru mai potrivit între durata de viață și costul întreținerii.

Cowon sprijină proiectele de baterii pentru etichete electronice de raft (ESL) cu opțiuni standard și personalizate de baterii, inclusiv evaluarea dimensiunii celulei, cabluri, conectori, tabele, circuite de protecție și configurații de baterii specifice aplicației.

Pentru a evalua o baterie pentru o etichetă electronică de raft (ESL), trimiteți-ne spațiul disponibil pentru baterie, intervalul de tensiune, frecvența actualizărilor, temperatura de funcționare și cantitatea anuală estimată. Echipa noastră vă poate ajuta să analizați cerințele și să vă recomande o soluție adecvată de baterie.