降低BOM成本:在移动设备设计初期考虑电池选择

在将产品推向市场的过程中，对于移动设备设计工程师来说，面临的最大挑战之一是如何尽量降低材料清单(BOM)成本。所有部件的重要性并不一样，许多设计人员往往在设计后期才考虑到电池，而事实上电池对于移动装置的体积和成本有着重要的影响。将电池的选择留到设计周期的最后常常会限制了可选的电池种类、成本以及电池封装设计，而这进而会对移动设备的可用性造成不良影响，并可能会使BOM数量和成本增加。同时，这样做还可能需要在设计周期的后期进行重新设计，延误产品的上市时间。尽早选定电池的类型、布局、接触连接方案，同时选择合适的合作伙伴在整个过程中提供协助对于快速将最高质量的产品推向市场并控制成本来说也非常关键。

电池的化学原理影响最大
选择电池的第一步是决定最有效的电池化学原理。电池的化学原理影响到电池的重量、大小、封装、成本、可用功率以及使用时间。尽管对于不同的设备最有效的电池类型可能不同，但一般来说，对于小型手持设备来说，最常选用的电池类型是锂离子(Li-Ion)电池。锂离子电池坚固且重量轻，功率重量比也高，因此可减少最终用户需要的充电次数。锂聚合物(Li-Poly)电池与锂离子电池的化学原理类似，但在电池芯周围采用了聚合物薄膜层做为包层。因此锂聚合物电池既薄又轻，对尺寸和重量最为重要的设计来说是一种良好的解决方案。然而，由于其封装方式的内在限制，锂聚合物电池不如锂离子电池坚固。坚固的电池对于设计比较有利，因为它可以耐受更大的冲击或振动，同时还能将电池做为设备外壳的一部分来减少整个设备的体积。
究竟是采用硬包装还是软包装电池取决于到底是内部电池还是外部电池能够更好地满足设备结构设计需要。硬包装电池具有注模制作的外壳，因此可做为设备外壳的一部分，这对于减小设备体积非常有利。同时，如果决定采用内部电池，采用收缩封装的软包装电池可减轻设备重量，因为软包装电池比硬包装电池更轻。采用软包装电池的不利之处是需要在设备外壳内提供一定的空间，这不可避免地会增大设备的体积，不象硬包装电池那样可直接做为设备的外壳。当然，软包装电池需要的模具成本低，因此通常比硬包装电池要便宜。目前，市场上手机应用的锂离子电池同时有硬包装和软包装型号可供选择使用。

电接触和连接方案
另一项需要考虑的重要因素是连接电池和设备的电接触方案。电接触方案极大地影响到最终电池组的总体成本、大小和重量。如果在早期不选择好电接触方案，那么接近完成的设备可能会限制OEM的接触方案选择。
电池组可包括一个电路板和保护器件或者两者的某种组合。设备与电池之间的连接是通过位于电池单元和设备之间的电路板提供的输出端子实现的。可供选择的连接器包括带有插头的连接线或者在设备一侧有弹性触点的扁平接触脚。带有插头的连接线为软包装电池提供了一种很好的选择，提供了较高的精密度，因为这种连接方式不受电池本身延展性的影响。连接线的插头焊接到带有安全保护器件的电路板上。尽管为电池增加连接线要比制作接触脚的前期成本要高，但总体来说，选择软包装电池和连接线方案的成本仍然较低，因为没有硬包装电池所需要的塑料外壳成本。
若要使用扁平接触方式，需要电池有坚固的外壳来为触点提供机械固定。在电池的外部制作扁平接触脚对于电池的复杂性有相当大的影响。采用单片电路板的接触方案成本上更为经济，因为这种方法使用的器件数量少，并且在电路板的一侧放置电路元件，而另一侧放置用于连接电池和设备的接触脚。
许多设备设计人员直觉上希望将接触片置于电池的中部，但将整个电路板放在电池中部就会使电池显得太庞大了。因此，为避免这种情况需要采用两块电路板的方案，一块电路板放置接触片，另一块则放置电池安全保护器件。同时，利用柔性板来连接两块电路板。这样做的后果是电池的成本会增加20%左右，体积也会增加。设备工程师还应当记住，在创建初始设备设计时，非常重要的是将接触片和电池安全保护器件分别置于电路板的两侧。

智能电池
电池能否提供更高级的功能也在考虑范围之内。智能电池提供电量测量计功能，可以显示出剩余的电量，但这类电池自然要更贵一些。然而，对于远远比手持设备复杂的高端设备(如笔记本电脑)，智能电池有很大优势，因为设备可直接从智能电池中获得电量指示。此外，笔记本电脑的成本已经很高了，因此智能电池的价格不会对设备的总价格有太大影响。对于廉价的设备，用户同样需要电池容量指示，但可以通过对电话软件的特殊编程等其它成本较低的方式实现这一功能。电池中还可以集成“智能芯片”，从而为设备提供一个可供追踪使用的电子化序列号。

最有价值的合作伙伴(MVP)
通过在设备设计周期的早期与电池专业工程师进行合作，产品设计工程师可以在选择最佳电池产品解决方案的所有步骤中获得相应的指导。设计工程师应当在获得充分信息的基础上做出决定，包括希望采用的电池化学原理、大小、重量和电接触方案等，这有助于设计工程师在允许的BOM范围内完成设备的配置。为保证设备工程师能够了解电池设计和制造过程的每一步，选择能够内部完成从电池设计到生产的所有电池制造工艺的垂直集成电池产品供应商是非常重要的，并且，这还有助于缩短生产周期时间和设备上市时间，提高制造质量和一致性，降低生产复杂性，同时保持较低的电源产品解决方案成本。
总之，要设计出高效、经济的便携式产品，用到的每个部件必须实现完美和谐的配合。设备制造商在设计早期阶段就根据其电池要求与电池设计工程师进行合作，有助于获得价格合理的优质产品。■