Isäntälaite voidaan sammuttaa, vaikka sen akkuelektroniikka kuluttaisi edelleen energiaa. Akkunhallintajärjestelmä, mittari, herätyspiiri ja isännän takaisinsyöttöreitit voivat vähentää käytettävissä olevaa kapasiteettia varastoinnin ja kuljetuksen aikana. Määritä ja mittaa koko kokoonpano kussakin toimintatilassa sen sijaan, että soveltaisit IC-piirin lepovirta-arvoa koko pakkaukseen.
Tarvitset kolme strategiaa: määrität toimintatilat ja laadit moodipohjaisen tehobudjetin, lasket elektronisen purkauksen erikseen kennojen itsepurkautumisesta ja tarkistat koko tehoarkkitehtuurin järjestelmätasolla.
Nopea vastaus: Alhainen akun valmiustilan virta tulee selkeistä tilamääritelmistä, testatusta lepo- ja toimitustilan toiminnasta, koko kokoonpanon mitatusta kulutuksesta ja varavirtamitoituksesta – ei yhdestä pienitehoisesta komponentista.
Tämä opas on tarkoitettu OEM/ODM-insinööreille sekä osto- ja laatutiimeille, jotka määrittelevät räätälöityjä paketteja.
Keskeiset ostokset
Määrittele toimintatilat ja niiden hyväksymisrajat.
Mittaa koko akun virta, mukaan lukien jaksoittainen heräteenergia.
Vahvista tasapainotuskäytäntö poistamatta tarvittavaa suojausta käytöstä.
Valitse säilytys- ja kuljetusolosuhteet todellisten kennojen ja kuljetusvaatimusten mukaan.
Tarkista jäljellä oleva käytettävissä oleva kapasiteetti määritetyn tallennusvälin jälkeen.
Osa 1: Tilakohtainen akun valmiustilan nykyinen budjetti
1.1 Toimintatilat ja lepovirran tavoitearvot
Aloita määritelmistä, älä osista. Listaa kaikki tilat, joihin pakkaus voi siirtyä: aktiivinen, lepotilassa, lepotilassa, toimitustilassa ja varastotilassa. Anna sitten jokaiselle tilalle lepovirran kohde. Käsittele näitä tavoitteita vaatimuksina omalle ohjelmallesi. Ne riippuvat isäntästäsi, lähetysikkunastasi ja heräämistarpeistasi, joten mikään yksittäinen raja ei sovi kaikille.
Alla oleva taulukko sisältää vain hypoteettisia tavoitteita. Varmista toteutettavissa olevat rajat koko pakkaussuunnitelman ja sovittujen säilytysvaatimusten perusteella; nämä arvot eivät ole alan normeja.
Käyttötila | Havainnollistava lepovirran kohdearvo |
|---|---|
Normaali / aktiivinen toiminta | ≤ 2 mA (esimerkki 2 mA) |
Valmiustila / Lepotila | ≤ 200 µA |
Syvä uni / Uni | ≤ 20 µA |
Lähetystila | ≤ 10 µA (esimerkki 5 µA) |
UVP:n jälkeinen / varastointiin liittyvä | Määritelty ja validoitu (ei kiinteää numeerista tavoitetta) |
Älä käytä yleistä lepovirta-aluetta läpäisyrajana. Määritä akun jännite, lämpötila, tietoliikenne, FET-tila ja mittauksen kesto kullekin tilalle. Sisällytä säännölliset herätetapahtumat ja varmista, että mittauslaite ei muuta toimintatilaa.
1.2 Elektroninen tyhjennys vs. kennon itsepurkaus
Erota elektroninen tyhjennys kennon itsepurkautumisesta. Elektroninen tyhjennys sisältää BMS ja suojauspiirit, mittari- ja isäntäkytkettyjä polkuja. Itsepurkautuminen riippuu valituista kennoista, lämpötilasta, varaustilasta ja ikääntymisestä. Kennojen kelpoisuus ja säilytysolosuhteet vaikuttavat toiseen osuuteen, joten molemmat kuuluvat suunnittelukatselmukseen.
Päätä, mitkä mittaritoiminnot pysyvät aktiivisina kussakin tilassa. Jatkuvalla valvonnalla, säännöllisellä näytteenotolla ja täysin käytöstä poistetulla mittarilla on erilaiset vaikutukset energiankulutukseen ja palautumiseen. Vahvista tietojen säilyvyys, heräämiskäyttäytyminen ja suojauksen saatavuus varsinaiselle laitteistolle; älä poista tarvittavaa suojausta käytöstä valmiustilan tavoitteen saavuttamiseksi.
Budjetoi kaksi linjaa eri tavoin. Mittaa elektroniikan valmiustilan kulutus penkillä. Arvioi kennon itsepurkautuminen kennotason datasta ja huomioi testiolosuhteet. Laske ne yhteen saadaksesi nettokulutuksen. Tämä jako osoittaa, johtuuko kapasiteettivaje suunnittelustasi vai kennoista, ja se pitää... akun valmiustilavirta puhuu rehellisesti toimittaja-arvioinneissa.
Osa 2: Lepotilan ja toimitustilan valmiustilan tyhjennysvirran vähentäminen
2.1 Lepo- ja toimitustilaan siirtymisen ja sieltä poistumisen varmistaminen
Tila lasketaan vain, jos voit todistaa, että pakkaus saapuu siihen ja poistuu siitä komennosta. Kirjoita ylös saapumisehdot, heräteaaltojen lähteet ja mikä pysyy päällä kussakin tilassa. Testaa sitten jokainen reitti.
Seuraava ohjaintason esimerkki ei ole akkupakkauksen spesifikaatio. Sen virta- ja latenssiarvoja ei saa käyttää pakkauskoon määrittämiseen. Korvaa ne julkaistuissa vaatimuksissa valitun ohjaimen mittauksilla ja suorita kokoonpano loppuun dokumentoiduissa olosuhteissa.
Unitila | Sisäänpääsyehto | Poistumis-/herätyslähde | Säilytetty RAM-muisti | Nykyinen | Herätyslatenssi |
|---|---|---|---|---|---|
ajonaikainen tyhjäkäynti | Lepotilassa oleva säie toimii; käytäntö valitsee kevyimmän tilan, kun seuraava tapahtuma on lähellä | Mikä tahansa keskeytys (ajastin, GPIO) | Kyllä | ~3 mA | < 1 µs |
keskeyttää tyhjäkäynnille | Politiikka vahvistaa, että asumisvaatimus täyttyy | GPIO-keskeytys (painike), RTC:n vanheneminen | Kyllä | ~1.5 µA | ~5 µs |
valmius- | Pakotettu virranhallintajärjestelmän kautta; GPIO-tunnistus on konfiguroitava | GPIO sense; täysi uudelleenkäynnistys main():sta | Ei | ~0.3 µA | Täysi uudelleenkäynnistys |
Pääsääntö on yksinkertainen. Syvempi tila kannattaa vain, jos lauma pysyy nukkumassa riittävän kauan oikeuttaakseen sisään- ja ulosmenokustannukset. Käytä samaa ajattelutapaa omaan laumaasi.
Dokumentoi vain valitussa arkkitehtuurissa toteutetut herätyslähteet, kuten hyväksytty laturin tunnistuspiiri, painike, ajastin tai tietoliikenteen herätystulo. Määritä liipaisutasot, värähtelynvaimennus, aikakatkaisu ja paluu nukkumaan -sekvenssi. Viesti ei voi herättää lähetin-vastaanotinta, jossa ei ole virtaa käyttävää herätystoimintoa.
Määritä validoitu tasapainotuskäytäntö varastointia ja kuljetusta varten. Tasapainotus kuluttaa energiaa ja voi aiheuttaa epätasaisen ryhmäpurun. Poista se käytöstä tai rajoita sitä vain, jos se on yhdenmukaista kennojen valvonta- ja suojausstrategian kanssa, ja mittaa jäännösvirtaukset jokaisessa sarjaryhmässä.
2.2 Kokoonpanon valmiustilan tyhjennysmittaus
Älä luota komponenttien datalehtiin akun valmiusvirran mittaamiseksi. Mittaa koko kokoonpano: akkujen hallintajärjestelmä, mittari, suojaus-FETit, tasapainotuspiirit ja aina päällä olevat kiskot. Datalehden numerot olettavat ihanteelliset olosuhteet. Piirilevysi lisää vuotoreitit.
Suorita käytännöllinen mittaus. Aseta akku lähetystilaan, pidä sitä kontrolloidussa lämpötilassa ja kirjaa virta mittarilla tai shunttipohjaisella tiedonkeruulaitteella pitkän aikavälin yli. Kirjaa ylös syöttämäsi herätetapahtumat. Robottitelakka tai infrastruktuurin varayksikkö voi olla käyttämättömänä viikkoja, joten lyhyt pöytälukema johtaa sinut harhaan.
Määrittele hyväksymiskriteerit ohjelmakohtaisesti. Ilmoita sallitut valmiustila kullekin tilalle testin kesto ja läpäisy-/hylkäysalue. Varmista sitten, että lepo- ja toimitustilan toiminnot toimivat määritellyllä tavalla jokaisen herätyssyklin jälkeen. Laitteiston irtikytkentä, joka ei lukitu, on pahempi kuin ei irtikytkentää ollenkaan.
Lähtöreitin avaaminen ei välttämättä poista sisäistä kulutusta. Rakennusautomaatiojärjestelmän syöttö, kennoliittimet, suojauspiirit ja isäntäliitännät voivat pysyä jännitteisinä. Mittaa jäännöspurkaus ja mahdollinen takaisinsyöttö sekä isäntälaitteen ollessa kytkettynä että irrotettuna.
Osa 3: Huippukuormitukset, topologia ja varavirrankulutuksen kompromissit
3.1 Kuormitusvirran karakterisointi ja pakkaustopologia
Ajattele valmiustilan kulutusta, huippukuormituskykyä ja käytettävissä olevaa varavirtaa kolmena erillisenä budjettina. Kennojen, akkujen hallintajärjestelmän ja isäntäkoneen virransyöttöarkkitehtuurin on täytettävä kaikki kolme samanaikaisesti. Aloita mittaamalla akkupuolen virta jokaisessa tilassa: toimitus-, varastointi-, lepo- ja testivalmis-tilassa. Kirjoita muistiin pahimman mahdollisen pulssin amplitudi, kesto, toistumistaajuus ja käynnistysvirta. Sisällytä mukaan pienin tuettu pakettijännite, koska vakiotehoiset kuormat kuluttavat enemmän virtaa jännitteen laskiessa.
Selvitä sarja- ja rinnakkaiskytkentäjen lukumäärät vaaditulta jännitealueelta, energialta ja virralta. 5S2P-pakkaus, jossa on viisi kahden rinnakkaisen kennon sarjaryhmää, antaa noin 18.0–18.5 V nimellisjännitteen ja 21.0 V maksimijännitteen 3.6–3.7 V kennoilla. Tämä on yksi mahdollinen kokoonpano, ei yleismaailmallinen standardi. Tarkista, että C-nopeus on oikealla tasolla, ja ota huomioon todellinen virranjako, joka riippuu vastuksesta ja yhteenliitäntäsymmetriasta. Rinnakkaiskennot lisäävät kapasiteettia ja pienentävät vastaavan ryhmän resistanssia, mutta ne eivät luo itsenäisiä varmuuspaketteja. Arvioi jännitteen lasku kennoryhmien, johdotuksen, sulakkeiden, FETien ja liittimien välillä. Varmista sitten, että rinnakkaislukumäärä täyttää sekä energia- että lämpötarpeet.
3.2 Puskurointi vain budjetin niin vaatiessa
Lisää kondensaattori tai superkondensaattori vain, jos tehobudjetti osoittaa jännitehäviötä tai huippuvirtaa, jota kennot eivät pysty vastaamaan. Puskurointi vaatii suunnitellun latausreitin, jänniteyhteensopivuuden ja kytkentävirran hallinnan. Suunnilleen vakion kondensaattorivirran saavuttamiseksi kapasitanssi = virta × pulssin kesto / sallittu jännitehäviö. 5 A:n, 0.5 s:n pulssi, jonka sallittu jännitehäviö on 1 V, tarvitsee mieluiten vähintään 2.5 F ennen ESR:n, toleranssin, ikääntymisen ja lämpötilan marginaaleja. Alkuperäinen ESR-häviö on ylimääräinen.
Vertaa puskuria sopivampaan kenno- tai rinnakkaislaskentaan mitatun pulssitarpeen avulla. Ota huomioon puskurin vuoto, lataushäviöt, jänniterajat, ESR ja käynnistysvirran hallinta. Puskuri voi parantaa transienttivastetta, mutta se ei korvaa validoitua energia- ja lämpöbudjettia.
Osa 4: Akun tyhjentyminen tallennus- ja varmuuskopiointienergian mitoituksessa
4.1 Tallennusaika, marginaalit ja jäljellä oleva käytettävissä oleva kapasiteetti
Varaenergian koko selkeää ja määriteltyä työnkulkua varten, ei datalehteä varten. Kirjoita ylös, kuinka kauan pakkausta säilytetään, toimitusikkuna ja odotettavissa olevat herätystapahtumat. Lisää sitten selkeät marginaalit jokaiselle. Varastossa kuukausia seisova lääkinnällisten laitteiden pakkaus tarvitsee erilaisen budjetin kuin robottipakkaus, joka herää joka päivä.
Alla olevat toleranssit ovat hypoteettisia keskusteluarvoja, eivät suositeltuja suunnittelurajoja. Johda hyötysuhde, ikääntyminen ja SOC-reservi todellisesta käyttösuhteesta ja vältä saman häviön laskemista kahdesti.
avustus | Esimerkkiarvo | Mitoituksen tarkoitus |
|---|---|---|
Konversiohäviö | ~15 % häviö (85 % hyötysuhde) | Kattaa muunto- ja apuhäviöt |
Elinikäisen kapasiteettireservi | 15% -25% | Täyttää takuun päättyessä voimassa olevan vaatimuksen |
Varavirtalähde | 20% -50% | Suojaa luvattua sähkökatkosten aikaista energiaa |
Latausmarginaali | Paikkasidonnainen | Vahvistaa latauksen ennen seuraavaa tapahtumaa |
Lämpötila ja apukuormitusmarginaali | Paikkasidonnainen | Kattaa jäähdytyksen ja kylmän sään kuormituksen |
Jatkuvalla elektroniikkavirran kulutuksella kapasiteettihäviö ampeereina = virta ampeereina kerrottuna varastointitunneilla. Havainnollistava 100 mikroampeerin kulutus 90 päivän aikana kuluttaa 0.216 ampeeria ennen kennon itsepurkautumista ja käynnistymistapahtumia. Integroi ajassa vaihteleva virta erikseen ja tarkista ryhmätason epätasapaino, äläkä pelkästään akun kokonaiskapasiteettia.
4.2 Osittainen lataustila ja alijännitteen katkaisu
Valitse säilytyskapasiteetti ja -lämpötila kennon ja pakkauksen valmistajan ohjeiden mukaisesti. Kuljetuksen SOC-rajat riippuvat luokituksesta, pakkausohjeista, kuljetustavasta ja nykyisistä vaatimuksista; ne eivät ole yleispätevä 20/80-sääntö. Budjetoi riittävästi jäljellä olevaa kapasiteettia määritellylle säilytysvälille ja valtuutetulle käynnistysprosessille.
Aseta alijännitesuoja käyttämällä hyväksyttyjä kennorajoja ja kuormituskäyttäytymistä. Lähtövirran katkaisu voi jättää sisäisen elektroniikan jännitteiseksi, joten mittaa katkaisun jälkeinen tyhjennys ja määritä sallittu säilytysaika ennen huoltoa. Lähetystilassa tapahtuva irtikytkentä ei ole tae vuotottomuudesta tai rajoittamattomasta säilytysajasta.
Osa 5: Vähävirrankulutuksen valmiustilan arkkitehtuurin validointi
5.1 Järjestelmätason tyhjennys- ja herätystestit
Testaa suunnittelua koko kokoonpanolla, älä penkillä, joka on täynnä osia. Suorita jokainen tila toistuvien sisään- ja uloskäyntisyklien läpi. Kirjaa virta lähetystilassa ja lepotilassa pitkän aikavälin yli kontrolloidussa lämpötilassa. Syötä jokainen herätevirtalähde ja varmista, että pakkaus palaa oikeaan tilaan.
Tee tuloksista OEM-hyväksyntälista. Alla oleva taulukko näyttää kentät, jotka ohjelmasi tulee hyväksyä ennen julkaisua.
Tarkistuslistan kohde | Mitä vahvistat |
|---|---|
Tilamääritelmät | Jokaisella tilalla on aloitusehto, herätyslähde ja powered-block-luettelo |
Mitattu viemäri | Kokoonpanon virta moodia kohden, ajan kuluessa kirjattuna |
Marginaalit | Varaenergia kattaa määritellyn työnkulun varaenergialla |
Jäljellä oleva käytettävissä oleva kapasiteetti | Herätyskapasiteetti täyttää ilmoitetun vaatimuksen |
Robottitelakka tai turvapaneeli voi olla käyttämättömänä viikkoja. Lyhyt lukema peittää hitaat vuodot, joten aseta testin kesto todellisen säilytysaikasi mukaan.
5.2 Lähetyksen lataustila ja kuljetusoletukset
Vahvista lähetysvaatimukset todellisen YK-luokituksen, pakkausohjeiden, reitin ja kuljetusliikkeen osalta vastuullisen vaarallisten aineiden asiantuntijan kanssa. Käytä ajantasaista PHMSA:n litiumparistojen ohjeet ja sovellettavia lentokuljetussääntöjä sen sijaan, että oletettaisiin, että yksi SOC-raja koskee jokaista lähetystä.
Säilytä sovellettavat YK 38.3 -testitulokset ja lähetettyyn suunnitteluun liittyvä testiyhteenveto. Kuljetuskelpoisuus ei määritä hyväksyttävää varastointiaikaa. Varmista, että määritelty toimitustila sallii määräystenmukaisen käsittelyn ja jättää riittävästi kapasiteettia vastaanottotarkastukselle ja käynnistyksen työnkululle.
Nämä kolme strategiaa toimivat yhdessä yhtenä järjestelmänä. Tilamääritelmät syöttävät virrankulutusbudjettiasi. Tämä budjetti asettaa lepo- ja toimitustilan tavoitteet. Järjestelmätason validointi varmistaa sitten, että suunnittelu toimii määritellyllä tavalla.
Seuraa elektroniikan tyhjentymistä erikseen kennon itsepurkautumisesta. Passiivinen tasapainotus ja mittarien valvonta ovat todellisia varavirtalähteitä, joita voit hallita. Voit määrittää varavirtalähteen koon selkeillä marginaaleilla, jotka on sidottu määriteltyyn varastointi- ja lähetystyönkulkuusi.
Muunna tämä hahmotelma vaatimustaulukoksi ja OEM-tarkistuslistaksi räätälöityä pakkausohjelmaasi varten. Vahvista koko kokoonpano komponenttien datalehtien sijaan. Mittaustulokset, eivät paperiset tiedot, ratkaisevat, kestääkö pakkaus pitkän varastoinnin käyttökelpoisen kapasiteetin säilyessä.
FAQ
Mikä lasketaan realistiseksi BMS:n lepovirran tavoitearvoksi?
Aseta ohjelmakohtainen raja kullekin tilalle käyttämällä vaadittua tallennusväliä ja sallittua kapasiteettihäviötä. Komponenttien datalehdet ohjaavat budjettia, mutta hyväksyntä edellyttää mitattua kokoonpanovirtaa, jaksottaista heräteenergiaa ja jäännösryhmätason tyhjennystä.
Miksi akkuni menettää varausta, kun isäntälaite on sammutettu?
Kytkin sijaitsee yleensä rakennusautomaatiojärjestelmän alapuolella. Suojaus-FETit, mittari, tasapainotuspiirit ja aina päällä olevat kiskot ottavat jatkuvasti virtaa. Lisää päälle kennojen itsepurkaus. Mittaa koko kokoonpano laivatilassa nähdäksesi todellisen kulutuksen.
Miten testaan viemäröintiä pitkän säilytysajan jälkeen?
Mittaa virtaa mittarilla tai rinnakkaispohjaisella tiedonkeruulaitteella kontrolloidussa lämpötilassa. Suorita testi riittävän kauan, jotta se vastaa todellista säilytysaikaasi. Robottitelakka tai turvapaneeli voi olla käyttämättömänä viikkoja, joten lyhyt pöytälukema peittää hitaat vuodot.
Auttaako osittainen lataustila kuljetuksen aikana?
Valmistajan hyväksymä osittainen varastointikapasiteetti voi vähentää varastointistressiä, mutta sallittu kuljetuksen kapasiteetti riippuu sovellettavista kuljetussäännöistä. Älä käytä yleistä varastointisuositusta lähetysluokituksen ja kuljetusyhtiön tarkastuksen korvikkeena.
Milloin minun pitäisi lisätä puskurointi pakkaukseen?
Lisää kondensaattoreita tai lisävaiheita vain, jos tehobudjettisi osoittaa jännitehäviötä tai huippuvirtaa, jota kennot eivät pysty tarjoamaan. Puskurointi lisää vuotoa, kustannuksia ja kytkentävirtasysäyksen suunnittelutyötä. Suurempi rinnakkaislukumäärä ratkaisee usein saman ongelman pienemmällä valmiustilan rasituksella.
