Accutronics: Guide du concepteur de batteries intelligentes.
Lors de l'intégration d'une batterie rechargeable dans une application professionnelle, les premières choses qui viennent à l'esprit sont la fiabilité et la sécurité.
Cependant, de nombreux autres facteurs doivent être pris en compte lors des différents stades de la conception de batteries spéciales.
Chez Accutronics Rob Phillips, directeur Commercial et Marketing, guide les ingénieurs de conception dans le procédé d'intégration de batteries.
De nombreux concepteurs pensent qu'une batterie, puisqu'elle est source d'alimentation, est au cœur du produit. J'irais toutefois plus loin : c'est en fait l'élément de batterie, noyau de cette source d'alimentation, qui détermine la performance, le cycle de vie et la durabilité de l'application.
En conséquence, dans chaque cas, la première chose que l'OEM et le développeur de la solution de batterie doivent prendre en compte, c'est la sélection de l'élément de batterie. Toute conception d'appareil destiné aux OEM fait intervenir un certain nombre de parties prenantes, et il est important pour tout le monde d'être impliqué dès les premiers stades de la création de la solution.
Pour sélectionner les types d'éléments les plus appropriés, il convient tout d'abord de déterminer la consommation d'électricité de l'application, les exigences de temps d'exécution et les conditions ambiantes de l'utilisation. En plus de ces considérations entrent en jeu le budget en fonction du poids et du volume et le besoin pour la batterie de respecter des enveloppes de coûts spécifiques.
Le développeur de batteries dispose de plusieurs types d'éléments, parmi lesquels le nickel cadmium, le nickel-métal-hydrure, le lithium-ion et le lithium-ion-polymère. Ces dernières années, les solutions lithium-ion ont dominé le développement des produits du fait de leur haute densité énergétique et leur excellente attestation de sécurité, mais les anciennes technologies au nickel continuent d'offrir une performance supérieure dans certaines applications.
Conditions extrêmes
L'une des directives fondamentales consiste à déterminer si la batterie doit supporter des conditions extrêmes, telles que le gel, la chaleur intense, l'humidité ou la poussière. Pour garantir son efficacité, nous ne sélectionnons que le type d'élément adapté à ces conditions. Dans ces cas, l'électronique doit être programmée différemment pour gérer les différents environnements, tandis que les caractéristiques physiques de la batterie doivent être suffisamment robustes pour ces conditions extrêmes.
La conception des circuits électroniques intégrés au système est une autre question pour l'OEM et son partenaire de développement. La batterie elle-même fait partie intégrante de ce que nous appelons, chez Accutronics, le « triangle » de gestion de l'alimentation. Cela consiste, d'un côté, en un appareil et, des deux autres, une batterie et un chargeur. On pourrait définir un bon système de gestion de l'alimentation comme étant constitué de ces trois éléments fonctionnant ensemble en harmonie.
Il va sans dire que chaque appareil portable de grande consommation, de la navigation par satellite et des ordinateurs portables aux lecteurs de disques et aux téléphones portables, intègre un type ou un autre de système de gestion de l'alimentation. Il en va de même dans le monde spécialisé de l'électronique médicale. La différence est que dans ces secteurs, le fonctionnement de la batterie est souvent vital.
SBS, le Smart Battery System
Le meilleur moyen de s'assurer que le principe du triangle de gestion de l'alimentation est respecté revient à utiliser un système de communication commun tel que le SBS (Smart Battery System, système de batterie intelligente) pour déterminer les méthodes de communication entre les batteries intelligentes, les chargeurs intelligents et les appareils.
Une batterie conçue selon les normes SBS contrôle la manière dont elle sera chargée en communiquant avec un chargeur intelligent et en réclamant la tension et le courant dont elle a besoin. Il s'agit là du moyen le plus sûr et le plus efficace de charger la batterie, puisque le contrôle revient toujours à la batterie elle-même, et non au régime de chargement qui lui est imposé.
Les caractéristiques physiques de la batterie, comme la taille, la durabilité et le poids, jouent également un rôle crucial dans sa conception. De la même manière, les caractéristiques de performance telles que le rendement énergétique, la fiabilité et la disponibilité sont tout aussi cruciales. Les appareils médicaux, par exemple, peuvent nécessiter de grandes tolérances aux vibrations, pour être utilisés lors du transport de patients par hélicoptère. Pour ce faire, il s'agit de gérer simultanément les caractéristiques physiques et de performance, ce qui est, en soi, un véritable exploit.
Produits médicaux d’usage militaire
Dans les produits médicaux d'usage militaire, opérant souvent dans des conditions ambiantes extrêmes, la batterie doit pouvoir supporter ces conditions tout en étant assez petite et légère pour être portée facilement. Elle doit être parfois étanche, par exemple, ou dotée d'une protection suffisante pour prévenir la pénétration de sable et de poussière.
Le choix des matériaux est crucial pour assurer le respect de ces exigences. Le magnésium, par exemple, est très léger, mais très onéreux. Si le coût est un facteur significatif, le concepteur pourra préférer travailler sur la forme et la taille générales de la batterie et sur les techniques d'isolation, pour aider à répondre aux attentes du client. Autre facteur important à considérer, qui concerne l'application de sous-ensembles de composants, la disponibilité des pièces et leur obsolescence potentielle. C'est pour cette raison que les ingénieurs devraient éviter d'intégrer à leur travail de conception des batteries de grande consommation prêtes à l'emploi. Notre expérience montre que ces modèles souffrent d'un faible support technique et sont fortement susceptibles de devenir rapidement obsolètes.
Si, par exemple, vous fabriquez une machine à rayons X, vous ne ferez peut-être que deux cents unités par an. Et si, pour réduire les coûts, vous optez pour une batterie destinée à un lecteur de DVD du commerce, vous risquez sérieusement de recevoir un avis d'épuisement plus tôt que vous ne l'imaginez ! Si le fabricant de la batterie d'origine arrête la fabrication, votre seul recours est l'ingénierie inverse sur vos batteries existantes.
Certifier la batterie pour utilisation
Le simple fait de choisir une batterie industrielle personnalisée ou professionnelle conçue pour votre application vous garantit le support sur la vie entière du produit.
Une fois le prototype de batterie développé, le stade final consiste à certifier la batterie pour utilisation, à la fois au niveau de la sécurité et de la performance. Accutronics gère normalement le processus d'agrément tout entier pour le compte de ses clients. Chaque concept de batterie est soumis aux essais de sécurité appropriés, tels que les tests IEC (International Electrotechnical Commission), UL (Underwriters Laboratories) et IATA (International Air Transportation Authority).
Pour revenir à mes hypothèses de départ, on comprend mieux pourquoi la batterie est vraiment au cœur des appareils. Nous pourrions aussi avancer que c'est la qualité du processus de conception qui assure que le cœur de l'appareil continuera de battre tout au long de la vie de l'appareil OEM. Si tel est le cas, et tant que la batterie assure l'alimentation de l'appareil avec un rendement énergétique et sous contrôle précis, l'appareil lui-même fait le reste
