Teholähteet kannettavissa elektroniikkalaitteissa

Transkriptio

1 Teholähteet kannettavissa elektroniikkalaitteissa Jaakko Kairus Sampo Ojala Akut ja patterit Verkkosovittimet Aurinkokennot Polttokennot Teholähteet

2 Energiatiheys Akkutermistöä Tilavuusverrannollinen Wh/L Massaverrannollinen Wh/kg Muisti-ilmiö Cycle life Napajännite Self-discharge rate Kertakäyttöiset akkutyypit patterit Ruskokivi Halpa Heikko teho Sopii taskulamppuihin, palovaroittimiin Alkali Tehokkaampi Kannettavaan elektroniikkaan Jotkin mallit rajallisesti ladattavia

3 Kertakäyttöiset akkutyypit (2) Litium Korkeampi napajännite Tehokkaita Esim. kamerat Erilaiset nappiparistot Elohopeaoksidi Hopeaoksidi Alkaliset nappiparistot Ympäristölle vaarallisia Ladattavat akkutyypit Nikkeli-Kadmium (NiCd) Heikko energiatiheys Korkea virtatiheys Muistiongelma Vanha, mutta edelleen hyvä tietyissä sovelluksissa Akkuporakoneet, militäärilaitteet

4 Ladattavat akkutyypit (2) Nikkeli-Metallihydridi (NiMH) Keskinkertainen energiatiheys Lievempi muisti-ilmiö Väliinputoaja Kännykät, läppärit Ladattavat akkutyypit (3) Litium-Ioni (Li-ion) Korkea energiatiheys Ei muisti-ongelmaa Kevyt Hankalampia ladata Kännykät, läppärit

5 Ladattavat akkutyypit (4) Litium-polymeeri Erittäin kevyt Voidaan muotoilla varsin vapaasti Korkea energiatiheys Ladattavat akkutyypit (5) Lyijyakku ja lyijyhyytelöakku Painava Laaja käyttölämpötila Pieni itsepurkausvirta Pieni sisäinen resistanssi

6 Ladattavat akkutyypit (6) Ni-Cd Ni-MH Li-ion Li-polymer Jännite (V) Energiatiheys (Wh/L) Energiatiheys (Wh/kg) Latauskerojen määrä Muisti-ilmiö On On Ei Ei Kustannukset ($/Wh) 1 1,3 2,5 2 Polttokennot 3-5 kertaa Li-ion akun energiatiheys Eivät vielä järkeviä kannettavassa laitteessa (lämmöntuotto, hinta, vedyn jakelu)

7 Polttokennot (2) Pienitehoisia Valosta riippuvaisia Taskulaskimet, akkujen lataaminen Aurinkokennot

8 Kokomerkinnät IEC ja ANSI lisäksi valmistajien omia kokomerkintöjä lisäksi erikoisparistot kameroissa ym. Kokomerkinnät (2) IEC ANSI Rayovac Suomeksi LR03 AAA MICRO LR06 AA MIGNON sormiparisto LR14 C BABY keskikoko LR20 D MONO iso 6F22 9V E-BLOCK 9 voltin

9 Tehonkulutus Kannettavissa laitteissa tehon kulutus on pidettävä mahdollisimman pienenä Tehonkulutus: P U 2 fc Kellotaajuudet (f) kasvavat koko ajan Esim. Multimedia kännykkä vaatii 3W tehoa, mitä nykyakuista ei saada irti (ITViikko 19/2/2004) Tehonkulutus - II Sub-system power consumption Keskimääräinen tehonkulutus laitteessa: T n= 1 P n D n Sub-system duty-cycle Komponentin / lohkon toivotun toiminnan lisäksi kulutettua tehoa muuttuu lämmöksi. Tämä on otettava huomioon suunnittelussa. Jäähdytys Hyötysuhde (η) Pätee myös akulle

10 Tehonkulutus - III Power consumption of a notebook computer (W) - Haskell ,5 0,7 0,5 2 0,5 0,5 1,2 Processor Chipset&memory LCD display HDD DVD LAN (wireless?) Power supply loss Fan CLK generation Others Tehonkulutuksen vähentäminen - I Tarvittaessa tehonkulutusta voidaan pienentää esimerkiksi seuraavin keinoin: Näytön ja muiden taustavalojen himmennys Kovalevyn turhan pyörityksen pysäyttäminen Käyttöjännitteen ja/tai prosessorin kellotaajuuden madaltaminen. Teho on verrannollinen jännitteen neliöön!! Käyttämättömien osien sammuttaminen Hibernation mode

11 Tehonkulutuksen vähentäminen - II Akun varaustilaa voidaan tarkkailla ja informoida siitä käyttäjää To remember in design... Kannettavan laitteen teholähde Teholähteen osalta täytyy suunnittelijan ottaa huomioon useita eri asioita: energiatiheys (Wh / kg) / (Wh / cm 3) form-factor (AA / AAA / C / D...) mekaaninen liitettävyys sähköiset kontaktit kustannukset ladattavuus

12 Teholähteen muoto ja sijainti Akut pitää ladata ja paristot vaihtaa. Tämä vaikuttaa niiden sijoitteluun laitteessa. Paristojen vaihdon yleisyys on otettava huomioon paristojen sijainnissa ja koteloinnissa. Mahdollisuus asentaa teholähde väärinpäin on estettävä kg cm 3 T Akku voi sijaita laitteen sisällä tai olla osa ulkokuorta. Tämä vaikuttaa myös akun muotoon sekä kustannuksiin. Teholähteen sähköiset kontaktit Kiinteästi asetetussa teholähteessä voidaan optimoida tuotteen kokoonpanokustannukset valmistusvaiheessa Vaihdettavan teholähteen kontaktien on kestettävä suuri määrä kytkentäkertoja (suurin syy kannettavien laitteiden toimintahäiriöihin). Kytkennän tekemisen pitää olla helppo ja usein suositaan snap-in tekniikkaa. Kontaktin on kestettävä tuotteen vaatima määrä virtaa. Akuissa ja paristoissa on otettava huomioon suuri käsittelyn määrä. Liittimet terävät kulmat jne.

13 Akun kesto laitteessa Akkujen kestolla voidaan luoda eroja tuotteiden välille. Kilpailuvaltti? 11 Käyttäjän vaatimus akun kestolle ei ole jatkuva vaan portaittainen 22 Ilmeisesti ei ainakaan paras markkinointivaltti - vain joissain kännyköissä - arvot lähes samoja 33...entä latausaika? 180 h 280 h 300 h 3 h 3 h 3 h Esimerkkikännykkä (T&T ): OVH 150 Akun hinta laitteessa Osat 60 Ohjelmisto Markkinointi Valmistajien katteet T & K Piirilevy & komponentit 40 Näyttö 9 Akku, laturi, ohjeet yms. 6 Kuoret, mikki, kaiutin yms. 5 Suurin osa......latureista tehdään Kiinassa...akuista tehdään Japanissa Niin kevyitä, että kuljetuskin kannattaa!

14 Esimerkkitapauksia - I Digitaalikamera (Canon Ixus 430) Akku Li-Ion 3,7 V 840 mah 49x31x10 mm Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit? Laturi 4,2 V 0,7 A Esimerkkitapauksia - II Akku Ni-MH 6,0 V?? mah 101x55x8 mm Matkapuhelin (Nokia 2110i) Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit? Laturi 10 W (6,8 V 1,46 A)?

15 Akku Ni-MH 3,6 V?? mah 53x38x9 mm Laturi 3,7 V 350mA Esimerkkitapauksia - III Matkapuhelin (Nokia 3330) Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit? Esimerkkitapauksia - IV Laturi 2,6 V 800mA Partakone (Panasonic ES705) Akku?? 2,6 V 800 mah (?) Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit?

16 Akku Li-Ion 11,1 V 5400 mah Esimerkkitapauksia - V Kannettava tietokone (HP OmniBook XE3) Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit? Laturi 19 V 3,16 A Esimerkkitapauksia - VI Yleismittari Paristo 9 V Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit?

17 Ladattavuus? Vaihdettavuus? Muoto? Kontaktit? Esimerkkitapauksia - VII Taskulaskin (Casio fx-115d)