Austauschbare Batterielösungen für EU-Produkte

Das Design von Batterien entwickelt sich zu einem wichtigen Produktentwicklungsthema für Unternehmen, die tragbare Elektronik in der Europäischen Union verkaufen. Viele Produkte mit tragbaren Batterien müssen so konstruiert werden, dass die Batterie leicht entfernt und vom Endverbraucher gemäß der Verordnung (EU) 2023/1542 ab dem 18. Februar 2027 ausgetauscht werden kann.

Für Marken, OEMs und Produktentwickler bedeutet das, dass der Austausch von Batterien bereits in der frühen mechanischen, elektrischen und Compliance-Phase beginnen sollte, anstatt erst nach der Bestimmung des Produktgehäuses und der Elektronik zu beginnen.

Ein gutes Entfernbar-Batteriedesign kann Produkten helfen, regulatorische Anforderungen zu erfüllen, ihre Lebensdauer zu verlängern, Elektroschrott zu reduzieren und die Wartung nach dem Verkauf zu verbessern.

Was bedeutet die EU-Anforderung zur austauschbaren Batterie?

Artikel 11 derEU-Batterieverordnungbesagt, dass tragbare Batterien, die in Produkte integriert sind, vom Endnutzer leicht entfernbar und austauschbar sein sollten.

Im Allgemeinen gilt eine Batterie als leicht entfernbar, wenn sie mit handelsüblichen Werkzeugen entfernt werden kann. Es sollte keine proprietären Werkzeuge, spezielle Geräte, Wärme oder Lösungsmittel brauchen. Wenn ein spezielles Werkzeug benötigt wird, muss es möglicherweise mit dem Produkt bereitgestellt werden.

Hersteller sollten außerdem explizite Anleitungen zur Nutzung, zur Entfernung und zum Austausch sowie Sicherheitsdaten angeben. Diese Informationen sollten jederzeit offen zugänglich und im Internet verfügbar sein.

Das gilt nicht für die einzelnen Zellen oder die internen Komponenten des Akkupacks, sondern für die gesamte Batterie.

Sind alle Produkte mit vom Nutzer austauschbaren Batterien verpflichtend?

Nicht jedes batteriebetriebene Produkt folgt exakt derselben Ersatzmethode.

Manche Produkte können Ersatzoptionen haben, die nur von einem externen Fachmann erhältlich sind. Einige Beispiele sind Geräte, die in feuchten oder waschbaren Umgebungen funktionieren sollen, sowie medizinische Bildgeräte, Strahlentherapie und In-vitro-Diagnostik, die von Fachkräften verwendet werden.

Weitere Ausnahmen können gelten, wenn eine dauerhafte Batterieverbindung erforderlich ist, um das Produkt sicher und/oder funktionsfähig zur Sicherheit des Nutzers zu halten oder die Datenintegrität zu gewährleisten.

Erstens müssen Unternehmen die Struktur ihrer Batterien berücksichtigen, bevor sie auswählen, welche sie verwenden, wobei sie Produktklassifizierung, das beabsichtigte Umfeld und die relevante EU-Gesetzgebung berücksichtigen. Bei Produkten, die in Bezug auf Sicherheitsanforderungen ungewöhnlich sind, kann eine zusätzliche Beratung durch einen regulatorischen Spezialisten oder ein qualifiziertes Testlabor hilfreich sein.

Häufige austauschbare Batteriepack-Strukturen

Der richtige Batterietyp variiert je nach Größe, Umgebung sowie Last- und Wechselanforderungen.

Herausnehmbare Batteriepatrone

Eine Patronenbatterie besteht aus einer harten Kunststoffbox, Verriegelungsmechanismen und Führungsschienen sowie integrierten Kontakten. Es kann am Handterminal, tragbaren Instrumenten, Inspektionsgeräten und Industriecontroller verwendet werden.

Die Kartusche hilft, die Batteriezellen und das BMS zu schützen und unterstützt den Benutzer beim Einbau der Batterie in der richtigen Ausrichtung

Batteriepack mit Anschluss und Serviceabdeckung

Bei diesem Design ist das Batteriepaket hinter einer geschraubten oder verriegelten Serviceabdeckung eingebaut. Der Benutzer trennt vor dem Entfernen des Packs einen Schlüsselstecker.

Diese Lösung ist nützlich, wenn die Batterie nicht häufig gewechselt werden muss, aber dennoch mit normalen Werkzeugen zugänglich bleiben muss.

Einschiebbares Batteriemodul

Ein Batteriemodul mit schnellen elektrischen Steckern wie Federkontakten oder Blattanschlüssen kann für eine schnelle elektrische Verbindung eingesetzt werden. Sie wird häufig in professionellen Geräten eingesetzt, wo ein Batteriewechsel für den häufigen Betrieb erforderlich ist.

Softpack-Batterie mit Schutzgehäuse

Die LiPo-Taschenzellen können in einem entworfenen Kunststoffrahmen oder Schutzgehäuse montiert werden. Das Gehäuse schützt vor Einstichen, Kompressionen und unsachgemäßer Installation und bietet ein relativ dünnes Produktprofil.

Wichtige technische Überlegungen

Das Öffnen des Gehäuses ist nicht das Ende des Prozesses, um eine austauschbare Batterie zu schaffen. Die Batterie und das Host-Produkt müssen vor, während und nach dem Austausch sicher betrieben werden können.

Mechanische Passform und Retention

Die Batterie sollte bei normalem Gebrauch, bei Vibrationen, Transport und bei versehentlichen Fallen fest gesichert sein. Führungsschienen, Verriegelungslaschen, Schrauben oder Verschlüsse müssen versehentliches Verschieben verhindern, aber beim Austausch keine unnötigen Schwierigkeiten verursachen.

Steckverbinderauswahl

Der Stecker muss der gewünschten Spannung, dem Dauerstrom und dem Spitzenstrombedarf entsprechen. Ein schlüsselgebundener/polarisierter Stecker minimiert das Risiko, in die falsche Richtung installiert zu werden.

Wenn die Batterie häufig entfernt wird, benötigen sie möglicherweise verstärkte Klingenanschlüsse oder Pogo-Pins und/oder robuste Federkontakte.

BMS-Schutz

Schutz vor Überladung, Überentladung, Überstrom, Kurzschluss und abnormalen Temperaturen kann durch die Verwendung eines maßgeschneiderten Batteriemanagementsystems erreicht werden. Die Schutzeinstellungen werden durch die Batteriechemie und die Konfiguration der Zellen und der Last bestimmt.

Kommunikationsfunktionen

Smarte Produkte benötigen möglicherweise Batterieerkennung und/oder die Übertragung von Betriebsdaten oder benötigen eine Kraftstoffanzeige. Die Batterie kann für verschiedene Funktionen verwendet werden, wie zum Beispiel NTC-Temperaturmessung, ID-Widerstand, UART, I2C, SMBus, CAN oder RS485-Kommunikation, je nach Gerät.

Einfriedung und Umweltschutz

Ausgewogenheit aus austauschbarer Konstruktion mit Staub-, Feuchtigkeits- und Aufprallbeständigkeit. Die Abdichtung der Dichtung, die Positionierung der Steckerabdeckungen und die korrekt platzierten Servicepaneele können helfen, den Produktschutz nach dem Batteriewechsel zu gewährleisten.

Batteriechemie-Optionen

Wenn hohe Energiedichte, mechanische Stabilität und konfigurierbare Kapazität erforderlich sind, werden in der Regel Lithium-Ionen-Zylinderzellen verwendet. Tragbare Instrumente, Robotik und industrielle Elektronik können mit Formaten wie 18650 und 21700 betrieben werden.

LiPo-Akkus können in dünnen, leichten oder seltsam geformten Produkträumen verwendet werden. Pouch-Zellen sind jedoch nicht dasselbe und müssen vor Biegen, Einstich und Kompression geschützt werden.

Industrielle Geräte, Backup-Systeme und Anwendungen, die Haltbarkeit statt minimales Gewicht erfordern, wie LiFePO4-Batterien, können verwendet werden.

Die Auswahl der Chemie sollte auf der vollständigen Bewerbung basieren und nicht nur auf der Kapazität.

Tests und Dokumentation

Die Batteriespezifikationen und Zeichnungen sind enthalten. Die Batteriespezifikation und Zeichnungen sind beigefügt.

Typische Dokumentationen können Folgendes umfassen:

• Batteriespezifikationen und Zeichnungen
• Zell- und BMS-Informationen
• UN38.3 Testzusammenfassung
• Sicherheitsdatenblatt
• IEC 62133-2 oder anwendungsspezifische Testberichte
• RoHS- und REACH-Dokumentation
• EU-Konformitätsdokumente, wo anwendbar
• Abbau-, Ersatz- und Sicherheitsanweisungen

Kennzeichnungs- und Informationsanforderungen sind ebenfalls in der EU-Batterieverordnung eingeführt. Ab dem 18. Februar 2027 müssen Batterien in der Regel mit einem QR-Code ausgestattet sein, und für bestimmte Batterien gelten Batterie-Pässe (Spezifikation: LMT, EV- und Industriebatterien über 2 kWh).

Das genaue Compliance-Paket hängt von der Batteriekategorie und dem Endprodukt ab.

Entwicklung einer individuell austauschbaren Batterie mit GLOFLUX

GLOFLUX kann austauschbare Lithiumbatterien für ein OEM-Produkt entwerfen, basierend auf den elektrischen und mechanischen Spezifikationen.

Typischerweise beginnt er mit Informationen über Spannung, Kapazität, Strom, Betriebszeit und verfügbaren Speicherplatz. Die Ingenieure können dann den Zelltyp, die Serienparallelkonfiguration, das BMS, den Stecker, die Verkabelung und die Gehäusestruktur bewerten.

Prototypbatterien sollten in dem Produkt getestet werden, in dem sie vorgesehen sind. Dies ermöglicht die Überprüfung von Installations-, Entfernungs-, Steckverbinderhaltbarkeit, Ladeverhalten, Temperaturleistung und Kommunikationsfunktionen vor der Massenproduktion.

Fazit

EU-Austauschbatterien verändern das Design tragbarer Produkte. Für Unternehmen, die Produkte für 2027 und darüber hinaus entwerfen, sollten Sie bereits in der ersten Designphase den Zugang und die Lagerhaltung, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, Austauschanweisungen und die Compliance-Dokumentation überprüfen.

Die Produktkonformität kann durch die Verwendung eines individuell austauschbaren Batteriepacks erreicht werden, was die Lebensdauer des Produkts, die Servicequalität und das Kundenerlebnis verbessert. Eine gute Koordination zwischen Produktdesigner, Batteriehersteller und Testpartner sorgt dafür, dass verschiedene Änderungen an Gehäusen und Zertifizierungen auf ein Minimum reduziert werden, was gegen Ende des Projekts teuer sein kann.

Häufig gestellte Fragen

1. Wann treten die EU-Anforderungen an austauschbare Akku in Kraft?

Artikel 11 der Verordnung (EU) 2023/1542 gilt ab dem 18. Februar 2027.

2. Können einzelne Zellen von den Nutzern ersetzt werden?

Normalerweise nicht. Die Anforderung gilt für den gesamten tragbaren Akku und nicht für jede einzelne Zelle im Akku.

3. Können Schrauben am Batteriefach verwendet werden?

Ja. Eine Batterie gilt als entfernbar, wenn sie mit handelsüblichen Werkzeugen ohne Hitze, Lösungsmittel oder proprietäre Geräte zugänglich ist.

4. Wie lange müssen Ersatzbatterien verfügbar sein?

Die Verordnung schreibt vor, dass geeignete tragbare und LMT-Batterien als Ersatzbatterien für einen Zeitraum von fünf Jahren nach Markteintritt der letzten Einheit des Gerätemodells verfügbar sein müssen.

5. Welche Informationen werden benötigt, um eine austauschbare Batterie zu entwickeln?

Bieten Sie die erforderliche Spannung, Kapazität, Betriebsstrom, Spitzenstrom, Ladetechnik, Produktgröße, Steckverbinder, Sprechprotokoll, Betriebstemperatur und erforderliche Zertifizierungen an.