前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇包装优化方案范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
【关键词】石油化工;防爆电气设备;安装质量;金属配管
随着社会经济的快速发展,石油化工行业也取得了极大的进步,其生产规模越来越大。由于石油化工行业在生产过程中,会产生爆炸性混合物或易燃物质,而电气设备和线路在运行过程中出现火花或高温等现象,则可能会导致爆炸或火灾事故的发生,造成巨大的生命或财产损失。因此,有效地控制防爆电气设备的安装质量,确保石油化工行业生产的安全是当前亟需探讨的重要课题。
1 配管安装
1.1金属配管对口焊接
在配管安装中,最为常见的问题是金属导管对口焊接。在《电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》(GB 50257―2014)中的第3.3.2条中要求,在容易出现爆炸的危险场所在进行镀锌保护管的连接过程中,主要是选择螺纹连接的方式,不能够采用套管的焊接方式,并且还需要在螺纹上涂好电力复合脂。此外,在《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB 50303―2002)中的第14.1.2条也对金属导管进行的严格的规定,严禁对金属导管采用对口焊接的方式,同时还需要保障镀锌、壁厚等小于2mm的钢制导管不能够采用熔焊的连接方式。
1.2金属导管的连接主要采用水暖配件
在火灾现场以及爆炸危险场中的配管安装工作工监督检查工作中,曾经多次查到了工程现场的配管之间出现使用连接件为水暖配件的现象。即使在普通场所的安装中时也是属于不允许的,更何况火灾或者是爆炸危险场所。究其原因,主要是由于水暖接头连接工作中无法保障其密封性。正确的工作做法是需要利用专用管接头或者是防爆穿线盒,同时还需要在螺纹的连接处涂抹防止导电防锈脂。
2 电缆接线
在电缆接线工作中,主要的问题就是由于电缆缠绕连接问题、电缆绝缘层的破话问题以及电缆保护头的接地装置出现不接地或者是乱接等问题。在照明防爆接线盒施工过程中,施工工作人员为了能够便捷工作,大多是直接将照明防爆盒内的接线柱拆除,之后将电缆的接头进行直接的缠绕连接,但是却违反了GB 50257―2014中的第3.1.5条规定,在导线、电缆连接过程中,需要利用具备防松措施螺栓进行固定,或者是采用压接、钎焊以及熔焊等等,但可以采用绕接的方式。
3 穿线口的密封
3.1防爆密封圈、电缆之间存在着尺寸不匹配问题
防爆的密封圈大多选择多层密封的胶圈,施工工作人员在实际施工过程中,由于密封圈的去层多多而使得电缆、密封圈之间的间隙出现了过大的问题,在压紧电缆的压盖之后,胶圈也无法真正的将电缆挤紧,实际的施工无法满足实际的密封要求。此外,由于弹性密封圈外部金属挡板的直径、进线内径开口的差距应该控制在2mm以内,厚度不小于2mm。根据GB 50257―2014第3.2.3.3的要求,弹性密封圈需要与电缆外径相匹配,保证密封圈的内径、电缆外径之间的差值控制在1mm左右。
3.2一个防的爆密封圈中穿设多根电缆
防爆接线箱在实际的工作过程中,可以在进孔部分穿入两根电缆,需要保证不完全完全密封状态。在GB 50257―2014中第3.2.3.3条规定,弹性的密封圈一个孔需要密封一根电缆,穿过的穿线孔防爆密封圈宽度不能够小于电缆外径0.7倍,同时不小于10mm。此外,绝对不能利用穿电缆防爆密封圈用作穿导线。经过施工单位的整改工作之后,监督工作人员需要进行再次检查,保证其符合规范要求。
3.3电缆、防爆的密封圈存在着尺寸不匹配现象
施工工作人员在剥除电缆外护套之后,需要将3×2.5规格的芯线穿入到单孔密封圈中。也就是,将3根电线穿过同一个密封圈,实际上却并没有起到密封作用,也并不是非常符合GB 50257―2014的第3.2.3.3条中的规定,弹性密封圈中一个孔,需要密封其中一根的电缆,保证电缆与电缆护套能够一起穿过密封圈,最终安装到箱体中。电缆钢铠在进入格兰口前断开,没有引入接线箱内接地。原因是电缆外径大,格兰内径小(不匹配)。
3.4电缆与弹性密封圈尺寸不匹配
施工单位人员因密封胶圈内径小,电缆无法穿过,直接将弹性的密封胶圈割开之后将电缆传入完成。这就使得弹性密封圈缺乏密封性,无法达到防爆密封的作用。电缆、弹性密封圈需要保证安全正确性,弹性密封圈一个孔必须密封一根电缆,被密封电缆截面需要保证应近似圆形;同时弹性密封圈、电缆外径之间需要保证匹配度,密封圈内径、电缆外径的允许差值保持在±1mm以内,压紧弹性密封圈之后,保证电缆沿圆周保持均匀地挤紧。
3.5接线箱和动力箱的多余穿线口并没有封堵
防爆接线箱和动力箱多余并且没有使用穿线口不及时封堵现象是目前工程发展中出现频率较高的现象,特别是在装置区框架上防爆照明接线盒存在着多余口。虽然施工工作单位也了解最后需要对穿线口进行统一检查,但是在高处防爆照明接线盒多余口往往会由于视线所不能及等等原因,进而出现了遗漏、未封堵等情况。
4 防爆设备接地安装
根据《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB 50169―2006)中内容分析来看,电气装置金属非常大的部分需要采取接地安装或者是接零安装方式。防爆设备在实际的安装过程中,是普通装置中最容易出现问题,主要是由于接地设备并没有接地、接地线串接、接地搭接面积不达标、接地连接缺防松装置等造成的。对于防爆性质电气设备,接地设置正确连接显得更加重要。因为其可能导致的后果肯定会更加严重,所以应该对此予以足够的重视。
4 小结
综上所述,防爆电气设备的使用为化工产业的安全生产提供了保障,但是如果在其安装施工过程中出现一些质量问题,则可能会引起安全事故,对人员与财产的安全构成威胁。因此,在石油化工行业的防爆电气设备安装施工中,要严格按照相关规范要求施工,同时还要做好安装质量控制措施,确保防爆电气设备的安装质量。
参考文献:
国内整体包装解决方案做得较好的是耐帆包装工程有限公司,它为客户提供从包装咨询到生产运输等一整套完整的包装服务[3]。我国整体包装还处于起步发展阶段,有些企业虽然提出了整体包装解决方案,但在实施上只是概念性的,没有落在行动上。在CPS实施过程中,要遵循包装总体设计原则、经济最优原则、安全性原则和绿色化原则[4]。CPS法的构成要素[5]见图1。
2灯具包装现状
目前,台灯按功能可以分两大类:装饰性台灯、实用型台灯。装饰性台灯注重外观的漂亮、造型的创新,实用型台灯注重照明的效果和使用的方便性。台灯的材质有五金、树脂、玻璃、水晶、实木、陶瓷等,材质不同对包装的要求也不同。现在市场上台灯的包装没有规则,以纸板、泡沫等各种缓冲材料作为填充物,缓冲效果不尽人意,对于易碎材质的灯具,该包装方式很容易造成灯具损坏。
3灯具的包装结构设计
在CPS理念的指导下,笔者为一款台灯设计包装。文中实例的台灯结构主要包括基座、灯架、灯罩、电源线及插头等部件,利用Pro/E软件进行绘图,台灯模型见图2—3。台灯灯罩的材质为ABS树脂,支架的材质为铝合金,其总体尺寸为29cm×29cm×57.8cm,质量为4.2kg。台灯的运输方式为公路运输,在国内运输及销售。在运输过程中,由于冲击和振动作用,会对产品造成损坏,所以在为台灯进行包装设计时不仅要考虑到灯罩及底座的安全性,还要考虑支架的稳固性,避免其变形或移位。缓冲材料选用缓冲性能良好的EPE及B楞瓦楞纸板[6]。固定支撑结构通过EPE与瓦楞纸板复合的凹槽结构和EPE块来实现,底部和顶部的缓冲采用EPE,见图4。支撑部分和上下缓冲部分配合完成台灯的缓冲包装,内包装箱(见图5)采用B楞瓦楞纸箱(内尺寸为315cm×315cm×680cm)[7]。对于缓冲包装和外包装设计都满足拆卸方便和循环使用的原则。
4有限元分析
有限元分析(FEA,FiniteElementAnalysis)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。Ansys是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件[8]。由于台灯是对称结构,所以取1/4来进行分析。对本次包装设计进行有限元分析,不仅能够节约实验时间和费用,而且能够得出清晰的参数。
4.1静力学分析静力学分析可以求解外载荷引起的位移、应力和力。台灯包装件在运输过程和仓储时会进行堆码,外载荷会对下层的包装件施加压力。对包装件进行静力学的仿真分析,可以通过数值和云图清晰地分析包装件在力作用下的情况。有限元模型的单元类型采用Solid45,材料模型参数见表1。台灯的剖面及底面加载位移约束。由于顶部衬垫的缓冲作用,堆码3层后,底部台灯承受的均布压力为816Pa。模拟的网格划分及分析结果见图6—7,可知最大变形位于台灯的顶部边缘(A点),其变形很小,最大应力为4592Pa,小于材料的屈服强度(40MPa)。
4.2动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同,动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。文中对台灯包装件进行模态分析,模态是包装件的固有振动特性,每个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。根据模态分析的数据,可以通过优化结构等来避免运输过程中的共振[10]。台灯的模态析结果见表2。通过对台灯进行前四阶的模态分析,可以看出整体的固有频率。在选择隔振材料时,隔振材料的固有频率往往要小于产品固有频率的一半[11]。EPE振动测试结果数据见表3[12],可以得到50mm厚的EPE的振动传递率曲线(见图8),共振频率为52Hz。由图9可知,运输工具卡车的固有频率为6Hz。经模态分析可以看出,包装符合要求。汽车运输随机振动功率谱密度在2Hz和10Hz处各有一个较大峰值[13],台灯的固有频率不在共振区,是安全的。
5装箱优化
TOPSPro是一种包装与运输专业的功能强大的创造性设计软件[14],它可以优化包装箱尺寸和排列方式,使托盘、卡车、集装箱等运输工具的空间得到充分利用,总费用最小[11]。流程[15]见图10。通过装箱优化,可以得到最优的装箱运输方案,见图11。经过TOPSPro优化后,卡车的面积使用率达到了95.7%,体积使用率达到88.6%。
6结语
关键词:皮带控制方法
中图分类号:TB486 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2014) 12-0000-02
ZB25包装机是在消化、吸收意大利GD公司GDX1包装机的基础上设计制造的一种软包烟包装设备,是我国烟草行业的主流机型,具有效率高、性能稳定等特点。出口皮带是ZB25包装机主机的一部分,它是烟包从主机四号轮通往下游机的传送通道,皮带由主机传动机构通过电磁离合器的齿合、脱开带动转动。我厂目前在用的ZB25包装机一直存在一个没有解决的难题,当生产结束时,出口皮带上的烟包不能正常地传送至下游机,滞留在皮带上,只能由操作人员手动把烟包掏出来,由此造成的废烟包数量高达每天48.5包。手工掏烟,一方面产生了废烟包,增加了原辅材料的消耗,另一方面又影响了生产效率,同时还存在烫伤手的安全隐患。基于上述现象,设计一种新的控制方法迫在眉睫,满足既不影响正常生产,又能实现当生产结束主机停止输出烟包时,出口皮带上的烟包还能自动排空。
一、问题现象
(一)原出口皮带的控制原理
ZB25包装机出口皮带的控制框图如图1所示。烟包存在检测2B576安装于ZB25包装机四号轮出口处,为光纤检测开关,此检测是出口皮带转动的控制信号。当2B576检测到烟包时,皮带转动,带动烟包从四号轮出口输出。当没有检测到烟包时,皮带将立即停止转动,以保证出口皮带上烟包数量的恒定(55包)。
图1 出口皮带控制框图
原控制系统的皮带工作过程是:当主机正常运行时,烟包存在检测2B576检测到烟包,控制器输入板没有信号输入,输出板N7.21脚无高电平输出,固态继电器V806不得电,电磁离合器2Y972不得电不吸合,皮带与主机传动齿合,因此皮带随着主机机械传动而转动。
(二)缺陷症结
当生产结束时,主机停止烟包输出,光纤2B576检测不到烟包,DC24V高电平信号送至控制板N12.4脚,输出板N7.21脚输出DC24V高电平信号,固态继电器V806得电动作,输出AC110V,电磁离合器得电吸合,皮带与主机传动脱开,皮带停止转动。通过对原控制系统的分析,发现缺陷的症结是设备厂家只考虑了正常生产时皮带的自动启停,而当生产结束主机停止输出烟包时,皮带与主机传动脱开,出口皮带停止转动,导致皮带上的滞留烟包无法正常排空。
二、改进的方案设计
针对原控制系统的缺陷,我初步设计出了三种新的控制方法,下面将对每种方案逐一分析,并通过有效性、经济性、可维护性等方面对比来寻找出一种最佳的方案。
(一)外加电源控制电磁离合器法
不用现有的控制板,从直接控制电磁离合器2Y972入手,外加110V交流电源,通过按钮来控制电磁离合器通断电,实现电磁离合器的吸合与脱开,从而手动控制出口皮带,电路原理如图2所示。此方案虽然能实现将烟包排空的目的,但只能实现手动控制,正常生产时皮带不能自动启停,不能保证皮带上烟包数量的恒定。按钮控制110V交流电源不安全,并且触点易损坏。需要在出口皮带处钻孔添加按钮,施工布线较复杂。
图2 外加电源电路图
(二)控制固态继电器输出回路法
控制固态继电器V806输出回路,在固态继电器输出脚与电磁离合器2Y972之间添加开关按钮,通过按钮来控制电磁离合器的通断电,从而实现手动控制出口皮带,此方案按钮直接控制110V交流电源,不安全,并且长期频繁操作触点易损坏。电路原理如图3所示。
图3 控制固态继电器电路图
(三)控制中央控制板输出信号法
在中央控制板输出脚与固态继电器V806之间,添加一个开关按钮,通过按钮来控制固态继电器的输入信号,从而控制电磁离合器2Y972和出口皮带,此方案既能实现正常生产时皮带自动启停,又能在需要烟包排空时,通过手动按钮来控制皮带转动从而排空皮带上的烟包,并且按钮控制24V低电压,安全可靠,按钮可以安装在电控柜上,安装布线和维护方便。电路原理如图4所示。
图4 控制中央控制板输出信信号电路图
(四)最佳方案的选择和优化
通过对三种方案的综合比较,第三种方案优势明显,因此我决定采用第三种方案来进行改进。
为了提高第三种方案的可操作性,我进行了3点优化。为了便于识别按钮的开关状态,用指示灯来提示操作人员。由于组合式按钮安全可靠、安装布线方便,因此选择带灯带自锁组合式平按钮,点亮灯的电压为直流24伏。由于按钮安装在电控柜上,不用在设备上重新钻孔,不会影响设备整体外观,因此选择将按钮安装在电控柜的操作面板上。经过优化之后,完整电路图如图5所示。
图5 优化后的控制中央控制板输出信信号电路图
三、新方法的实施及效果
在确定了最佳方案之后,我在8#ZB25包装机上进行了安装实施。在电控柜的备用位置上安装好带灯组合式按钮,按钮的进线端分别接中央控制板15号板21脚和DC24V电源,另外一端接固态继电器V806使能输入信号和接地端,接线实施完成。当按下手动排空按钮时,指示灯点亮,出口皮带转动,出口皮带上的烟包能够完全地输送到下游机,没有再产生废烟包。经过三个多月的跟踪观察,新装置运行稳定、安全可靠,因此,本设计取得了成功。
四、结束语
本文成功设计出了一种新的控制方法,通过添加手动排空按钮,实现自动和手动相结合的方式来控制皮带。既能满足ZB25包装机在正常生产时,皮带的自动启停,又能在生产结束时通过手动排空按钮来排空皮带上的滞留烟包,彻底解决了出口皮带处烟包的浪费,在带来经济效益的同时,降低了烟丝回掺率和烟丝造碎率,从而提高了卷烟质量,降低了操作工的劳动强度,消除了手工掏烟容易烫伤手的安全隐患,达到了设计的预期目标,具有很好的推广适用价值。
参考文献:
[1]任鸣.ZB25包装机电气使用说明书[M].上海烟草机械有限责任公司,2000.
PC(Personal Computer,个人计算机)一词源自于1981年IBM第一部桌上型计算机型号PC。随着时代的发展,PC由高科技产品逐步演变成了日常用品,走进了寻常百姓家,PC包装也随之经历了不同阶段的发展。下面,就让我们了解一下PC包装的发展史。
1.泡沫包装阶段(1992~2006年)
早些年,人们主要关注于产品包装的功能保护性,即如何能更好地收纳包装产品、在运输过程中不破损等技术指标,对于使用材料的可持续性并不是太在意。为此,发泡聚乙烯、发泡聚苯乙烯等发泡类材料凭借其不可比拟的优势,如较少的人工、较低的原料成本等,成为当时应用最广泛的缓冲材料,如图1所示。直到今天,发泡性聚乙烯仍被主流PC品牌使用,特别是在发展中国家,而发泡聚苯乙烯则已被主流PC厂商禁用。
2.非泡沫包装阶段(2006年至今)
随着时代的发展,绿色环保逐渐被大众接受。在这样的背景下,3R(Reduce、Reuse、Recycle)成为实现绿色环保的主要手段,特别是在包装领域。下面以联想为例加以说明。联想倡导使用废料管理系统来实现节能减排,这个综合性的系统便强调了3R的具体应用。
(1)可循环(Recycle)
选择可持续性材料,使用高比例回收材料。从2006年开始,联想就致力于100%再生材料的使用,并已逐步推广应用于90%ThinkPad笔记本和部分ThinkCentre台式机。使用再生材料的包装是对可循环的最佳实践。
(2)减少(Reduce)
在保证产品受到充分保护的前提下,减少包装材料的消耗。
案例1:包装设计优化
联想通过对包装设计的不断优化,减小了包装尺寸,同时减少了包装材料的消耗。据不完全统计,自2008年以来,联想已经减少了1000吨包装材料的消耗。例如,最新的ThinkPad T14系列笔记本包装通过设计优化减少了30%的体积,提高了48%的栈板利用率。
案例2:工业包装
工业包装(如图2所示)不仅可以节约客户的运输成本、拆卸时间以及人力,还可以大大降低包装材料的消耗和报废,因此受到了客户特别是企业级客户的青睐。例如,ThinkPad T14系列笔记本工业包装使用了100%再生材料,达到了双重绿色环保(Recycle & Reduce)的要求。值得一提的是,联想Think系列全线产品均可提供工业包装解决方案。
(3)重复再利用(Reuse)
提供可回收的、能重复使用的包装解决方案。
案例1:栈板回收
对于高价值的产品,我们通常采用空运的运输方式。而根据订单数量的不同,空运又分为整板(带栈板)出货和原始包装(非栈板)出货两种。对于使用原始包装出货的小订单,为了方便物流运输,出厂时也会提供栈板,但运输到物流承运商的仓库后就会解板。解板后,一块完好无损的栈板就会被丢弃掉,这是一种巨大的浪费。为此,联想制订了栈板回收计划,即从物流承运商处回收栈板,并重复再利用,大大提高了栈板使用率,降低了整体费用,同时起到了保护环境的作用。从环境数据来看,联想的栈板回收计划1年减少了5万片栈板的使用,相当于减少了1200棵树的砍伐、800吨碳的排放。
案例2:机箱包装回收
机箱包装回收(如图3所示)是联想另外一个成功案例。原来的机箱包装是一次性包装,供应商出货到联想的工厂以后,包装很快就会被丢弃。为了更好地使用来料包装,减少浪费,联想包装工程师与机箱供应商合作开发了可多次循环使用的包装,避免了一次性丢弃,将机箱包装进行重复再利用。
案例3:笔记本包装重复使用
联想包装工程师通过在笔记本包装表面设计一条虚线,供消费者拆开包装后将本来要丢弃的包装用剪刀剪开,做成2个书报筐和收纳盒(如图4所示),达到重复使用的目的。这样既节约了自然资源,推进了循环经济,又减少了碳排放,是企业带动绿色设计和引领消费者绿色消费活动的领先行为。
3.可堆肥包装阶段(2010年至今)
可堆肥包装材料是近些年新兴的材料,其通常以农作物为基材(如蘑菇、淀粉、稻草等),可以通过堆肥的形式分解成水、二氧化碳和无机物,回归大自然,是整个包装行业的发展趋势,目前越来越多的可堆肥包装材料开始应用于PC包装。联想在ThinkPad笔记本和ThinkCentreUSFF微型台式机上均使用了可堆肥竹浆纤维包装,未来我们会继续增加可堆肥包装材料的应用范围。
可持续性是鉴定材料绿色等级的标尺。入门级的绿色材料是可回收材料,材料可在使用后被主流的回收系统回收;进阶级的绿色材料是使用回收材料,特别是从客户端回收的再生材料,减少不可再生资源的消耗,重复使用已被使用的资源;最高级的绿色材料是可堆肥材料,使用可持续的自然资源,来自于大自然,回归于大自然。
+时代来临
P C +时代是指将计算机(Computer)、通信(Communication)和消费产品(Consumer Electronics)的技术结合起来,以“3C”产品的形式通过互联网进入家庭。简单地说,PC+以网络应用为主,各种电子设备都将具备上网功能。在PC+时代,智能手机的出货量将远远超过平板电脑和PC。
如果说互联网改变了人们的生活,那么PC+就改变了人们访问互联网的习惯。PC+时代的来临,冲击了PC市场的固有格局。
面对来势汹汹的PC+时代,PC还有机会吗?有人做过一些有趣的调查。
问题一:你通常在哪里使用平板电脑?
问题二:你通常使用怎样的终端访问互联网?
调查结果如下:
结果一:大部分人通常在家里使用平板电脑,其次是公共场合(如飞机场、地铁站、咖啡厅等),最后是工作场合。
结果二:在工作场合,访问互联网使用最多的是PC,其次是手机,最后是平板电脑;在家里,平板电脑排名第一,其次是手机,最后是PC。
因此,我们可以说,PC仍然有它的市场,但用途主要集中在工作场合,企业级客户和跨平台产品将是未来发展的主要方向和焦点。
涉及到包装,我们需要做到3个方面:继续推广绿色包装的应用、提供多元化的包装解决方案、提供包装回收服务。核心精神就是倡导绿色包装,节能减排,差异化地对待客户需求。绿色环保永远是企业级客户的社会责任,我们应不遗余力地去推广和应用绿色包装。
如何变身到PC+包装
PC+时代来临了,作为包装从业者,我们应当如何适应新兴的PC+市场,使原有包装变身到PC+包装?
1.改变
(1)领导包装从单一的功能保护性包装向以市场为导向兼具功能保护性的包装转变。
(2)培养审美情趣,提升艺术鉴赏能力。
(3)提供差异化的包装解决方案。
2.用户体验
(1)包装设计以人为本。
(2)通过技术创新提升客户开箱体验的满意度。
(3)持续不断的绿色实践。
3.速度
(1)提升效率,简化设计流程,避免不必要的时间浪费。
(2)对新技术和新材料进行评估,做到快进快出。
(3)快速学习,捕捉新的机遇。
4.精诚协作
(1)以公司利益为重,形成合力。
(2)平衡资源,集中开发新的业务模式。
解构手机系列之二
智能手机进入微创新时代后,如何提升产品细节的用户体验成为厂商关注的焦点,优化续航表现正在成为厂商提升产品竞争力的重要途径,电池技术的发展成为全行业的焦点。
众多专家向记者表示,优化手机续航表现,电池厂商做了大量工作。不过只在电池上做文章,已经无法应对日益复杂的用户需求,已经到了改变“一肩挑”式发展思路的时候。“让手机有更好的续航表现,需要来自产业链上下游厂商的共同支持。”TCL金能电池公司研发部副总工程师王理表示。
新诉求时代
功能手机时代,手机续航问题并不突出。
德赛电池有限公司技术中心总监何岸向记者表示,早期功能手机是用户“移动信息交互平台”。用户购买智能终端,主要的诉求在于打电话和发短信。诉求简单,代表人机交互也简单,因此一张2英寸以内的手机屏幕即可呈现所有的交互信息,这并不需要电池具备强悍的功能。“2010年以前,800mAh的手机电池即可支撑手机运行近一周的时间。”何岸表示。
然而在智能手机时代,情况开始变得复杂。除了基础功能,更多用户频繁且长时间上网、听音乐、看视频、打游戏。显示屏也从单色屏升级为TFT或IPS屏幕,显示效果甚至达到FHD甚至2K水平。手机强大的吸引力,让消费者使用手机的时间成几何倍数增长,很快培养出一批批“手机控”与“低头族”,也让他们开始意识到手机电池不够用了。
“最初市场给电池厂商的压力并不算太大。”王理表示,2010年以后大屏智能手机成为行业主流。虽然动辄4英寸甚至5英寸屏幕的手机,放大了机身舱体的空间,电池容量越来越力不从心,但是电池厂商可以生产大体积电池,匹配不断提升的能源需求。这种简单有效的方式,让电池的容量很快提升到了2000mAh。“在电池技术演进的所有方式中,通过加大体积提升电池容量的技术门槛最低。”王理补充说。
只是这种方案演进的方式并没有让电池厂商高枕无忧,因为它有很强的时效性。在大屏手机出现后不久,超薄手机成为市场新宠。功能机时代,用户可以接受的机身厚度甚至超过2cm;智能机时代,厚度为1cm的产品已然无人问津。大屏手机时代,存放电池的空间越来越小。
挑战越大,代表机会越大。随着智能手机市场爆发式增长,市场强大的吸引力推动一次技术革命提早到来。2010年,苹果公司首款平板电脑iPad。与之前的终端平台不同,该产品放弃了铝壳电池方案,配置聚合物与软包装电池――这项被广泛认为可能还需要一段酝酿期的新技术。
依靠承压能力更强、体积更小、重量更轻等先天优势,聚合物与软包装电池扭转了铝壳电池的市场垄断地位,将后者的市场占有率从80%以上,压缩至不到20%;自己的市场占有率也提升至30%左右。“目前,聚合物与软包装电池已经占领高端电池市场。”王理表示。
5%的想象力空间
当所有人都将聚合物与软包装电池视作根治续航顽疾的唯一救世主时,现实最终给出了否定的答案。
某手机厂商工作人员向记者表示,从2014年开始,越来越多的厂商意识到,5至5.5英寸的智能手机被最多的用户采用,因此电池厂商已经在几乎没有改变的物理空间内,连续两年提升电池容量,电量密度已非常之高。考虑到安全性,电池的包装膜、隔离膜以及正负极材料都需要一定物理空间,聚合物与软包装电池的电芯材料已经非常薄,提升的空间已经有限。
德赛电池的工程师表示,提升聚合物与软包装电池工艺水平是存在上限的,无法无限制优化。材料越薄,同等工艺水平下产品的安全性与可靠性越差,强行在电芯能量密度上挖潜并非一劳永逸。
主流正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三原材料,相应材料基本上已经做到理论的能量密度上限。因此如果没有导入新材料技术,电池的能量密度水平想要继续大幅提升已经比较困难。“目前,主流电池解决方案的密度水平已达到680Wh/L,这个数值已经很高。”该工程师表示。
既然提升能量的总量已经接近上限,一些厂商开始转变思路,开始通过缩短充电周期的方式优化用户体验。何岸表示,包括OPPO的VOOC闪充技术与TI的Maxcharge技术,原理上都是通过增大的方式提升充电效率。与增大电池容量的问题相同,提升安全性同样是必须面对的困难。厂商需要开发并优化手机底层能源管理系统,才能确保产品的安全系数,这都需要较大规模的投入。
至于提升充电限压,还需要解决一系列负载问题。王理表示,目前主流手机的充电限压只能达到4.35V,未来会提升至4.6V到5V,只是这还需要一段准备期。“按照目前的发展趋势,电池厂商只能让电池容量保持每年5%的增量升级。”何岸表示。
统一节能战线
既然“开源”方式暂时行不通,“节流”的可行性就更强了,只是这还需要上下游厂商的帮助。