Processo di produzione di pacchi batterie agli ioni di litio per progetti OEM

Un pacco batteria agli ioni di litio è un sistema composto da celle, collegamenti elettrici, componenti di protezione, fili, connettori, isolamento e imballaggio meccanico. Per i progetti OEM, il processo di produzione deve mantenere questi elementi coerenti dal campione approvato fino alla produzione di massa.

Il processo è diverso dalla produzione delle singole celle della batteria. La produzione delle cellule prevede processi di formazione di elettrodi, elettroliti e cellule. La produzione del pacco batteria inizia dopo aver selezionato il tipo di cella, la tensione, la capacità, la capacità di corrente, le dimensioni e l'architettura di protezione richieste.

Un controllato La soluzione di produzione di pacchi batterie al litio dovrebbe collegare i requisiti tecnici con assemblaggio, ispezione e test ripetibili. La sequenza esatta può variare in base al formato della confezione, al tipo di cella, alla domanda di corrente, alla configurazione del BMS e al design dell'involucro.

Risposta rapida: qual è il processo di produzione delle batterie agli ioni di litio?

Un tipico processo di produzione di batterie agli ioni di litio include:

1. Revisione delle specifiche della batteria OEM approvate.

2. Ispezione di celle in ingresso, BMS o PCM, cavi, connettori e materiali meccanici.

3. Ordinamento e abbinamento delle celle in base ai requisiti del pacchetto.

4. Disposizione delle celle nella serie approvata e nella configurazione parallela.

5. Collegamento delle celle utilizzando il metodo di saldatura o di collegamento elettrico specificato.

6. Installazione di BMS, PCM, componenti di protezione e cablaggio.

7. Aggiunta di isolamenti, separatori, materiali di fissaggio e protezione meccanica.

8. Installazione del connettore, della custodia o della struttura del pacchetto personalizzata.

9. Esecuzione di ispezioni elettriche, meccaniche e estetiche.

10. Caricare, scaricare e testare la batteria completata.

11. Registrazione dei risultati, controllo della tracciabilità e rilascio di pacchi qualificati per la spedizione.

Il principio più importante è la coerenza. Ogni pacchetto di produzione deve seguire la progettazione, i materiali, i parametri di processo e i requisiti di ispezione approvati.

1. Rilasciare le specifiche della batteria approvata

La produzione dovrebbe iniziare con una specifica controllata piuttosto che con una richiesta informale.

Il disciplinare di produzione normalmente definisce:

La specifica dovrebbe identificare quali valori sono finali, quali sono tolleranze approvate e quali richiedono conferma durante il campionamento.

Per una spiegazione più ampia di come questi requisiti vengono definiti prima della produzione, vedere Progettazione del pacco batteria agli ioni di litio: tensione, capacità, BMS e autonomia.

2. Ispezionare i materiali in entrata

Prima dell'assemblaggio, il produttore deve ispezionare i materiali ricevuti per la produzione.

I tipici materiali in entrata includono:

• celle di batterie;

• Schede PCM o BMS;

• fili e cavi assemblati;

• connettori;

• strisce di nichel o altri materiali di collegamento approvati;

• fogli isolanti;

• separatori e pellicole protettive;

• custodie, staffe o alloggiamenti personalizzati;

• etichette e materiali di imballaggio.

L'ispezione in entrata può verificare:

• modello e specifiche;

• quantità;

• danno visibile;

• dimensioni;

• condizione elettrica;

• tipo di connettore;

• lunghezza e polarità del filo;

• informazioni sul lotto o sul lotto;

• documentazione del fornitore.

Un pacco batteria non può essere più coerente dei materiali che entrano nel processo. Le modifiche al modello di cella, le sostituzioni dei connettori o le modifiche al BMS non approvate devono essere controllate attraverso un processo di modifica ingegneristica.

3. Ispeziona, ordina e abbina le celle

La consistenza delle celle è particolarmente importante per i pacchi batteria multicella.

Prima dell'assemblaggio, le celle possono essere controllate e raggruppate secondo i requisiti di produzione approvati. A seconda del design della confezione, il processo di abbinamento può prendere in considerazione:

• voltaggio;

• capacità;

• resistenza interna;

• dimensioni fisiche;

• lotto di produzione;

• condizione visibile;

• risultati dei test elettrici.

L'abbinamento riduce il rischio che una cella si comporti in modo molto diverso dalle altre celle dello stesso pacchetto. Le differenze tra le celle possono influenzare il bilanciamento, la capacità utilizzabile, il comportamento della tensione e la coerenza a lungo termine.

Per i pacchi batteria cilindrici, l'adattamento delle celle è particolarmente rilevante quando più celle sono collegate in serie o in parallelo. Gli esatti limiti di screening e i criteri di accettazione dovrebbero essere definiti dal produttore per il modello di cella e l'applicazione selezionati.

La corrispondenza delle celle non equivale al calcolo della capacità del pacco. I calcoli di capacità e autonomia dovrebbero essere completati durante la fase di progettazione, mentre l'abbinamento è un'attività di controllo della produzione che verifica se le celle selezionate sono adatte per l'assemblaggio.

4. Disporre le celle nella configurazione approvata

Dopo l'ispezione e l'abbinamento delle celle, le celle vengono disposte secondo la configurazione del pacco approvata.

La disposizione determina:

• tensione di uscita;

• capacità disponibile;

• dimensioni dell'imballo;

• percorso attuale;

• disposizione termica;

• Punti di connessione BMS;

• equilibrio meccanico.

Il dispositivo di assemblaggio deve mantenere la posizione e la spaziatura corrette della cella durante la connessione. Dovrebbe inoltre impedire movimenti che potrebbero danneggiare la superficie della cella, l'isolamento o il passaggio dei cavi.

Per i pacchi che utilizzano collegamenti in serie e in parallelo la disposizione deve seguire lo schema elettrico approvato. Un errore di configurazione può influire sulla tensione del pacco, sulla capacità, sulle impostazioni di protezione e sulla compatibilità del caricabatterie.

La differenza generale tra disposizione in serie e in parallelo è spiegata in Pacchi batteria in serie o in parallelo . Durante la produzione, la priorità è riprodurre la configurazione approvata in modo accurato e coerente.

5. Collegare le celle

Le celle devono essere collegate utilizzando un metodo adatto al formato delle celle, alla domanda attuale e alla struttura del pacco.

Il processo di connessione può comportare:

• preparazione di strisce o terminali di collegamento;

• posizionamento delle celle in un apparecchio;

• effettuare il collegamento elettrico omologato;

• controllare visivamente la connessione;

• verifica della continuità elettrica;

• proteggere la cella e l'area di connessione.

Per le celle cilindriche è possibile utilizzare un processo di saldatura con materiali di connessione approvati e parametri controllati. Per i pacchi di celle a sacchetto, l'assemblaggio può comprendere linguette, pannelli di protezione, fili flessibili, isolamento e dispositivi meccanici.

Il metodo di connessione specifico deve essere selezionato dal produttore della batteria in base a:

• progettazione del terminale cellulare;

• corrente richiesta;

• resistenza di connessione;

• resistenza meccanica;

• impatto termico;

• ripetibilità della produzione;

• spazio disponibile.

Il team di produzione dovrebbe controllare i parametri di connessione e ispezionare i giunti completati. Una connessione che appare visivamente accettabile potrebbe comunque richiedere una verifica elettrica o meccanica.

6. Installare il PCM, il BMS e i componenti di protezione

Dopo la connessione della cella, i componenti di protezione e gestione vengono integrati nel pack.

A seconda del progetto, il pacchetto può includere:

• PCM;

• BMS;

• Sensore di temperatura NTC;

• fusibile;

• componenti di rilevamento corrente;

• interfaccia di comunicazione;

• circuito di bilanciamento;

• protezione da carica e scarica.

Il componente corretto dipende dalla configurazione della cella, dai requisiti attuali, dal caricabatterie e dal dispositivo host.

Il processo di produzione dovrebbe controllare:

• modello di scheda;

• orientamento del consiglio;

• ordine di connessione dei cavi;

• polarità;

• posizione del sensore;

• isolamento attorno al pannello;

• piedinatura del connettore;

• programmazione o configurazione ove applicabile.

Un cablaggio errato tra un pacco multicella e il BMS può influire sul monitoraggio e sulla protezione delle celle. Per questo motivo è opportuno includere nella documentazione di produzione approvata il modello della scheda e lo schema elettrico.

La distinzione tra tutela più semplice e funzioni gestionali più avanzate è esplicitata nell'art PCM e BMS per batterie LiPo.

7. Assemblare il cablaggio e il connettore

Il cablaggio collega il pacco batteria al dispositivo host, al caricabatterie o al sistema di gestione esterno.

Il processo di assemblaggio può includere:

• tagliare i fili alla lunghezza specificata;

• spelatura e terminazione di cavi;

• collegare il connettore;

• instradare il cavo;

• aggiunta di pressacavo;

• controllo della polarità;

• proteggere l'uscita del filo;

• separando i cavi di alimentazione e di segnale dove richiesto.

Il produttore dovrebbe controllare:

• calibro del filo;

• lunghezza del filo;

• modello del connettore;

• assegnazione dei pin;

• posizione uscita cavi;

• crimpatura del terminale o qualità della connessione;

• isolamento;

• raggio di curvatura;

• scarico della tensione.

Un connettore elettricamente idoneo può comunque causare problemi di assemblaggio se il cavo esce nella direzione sbagliata o non si adatta alla custodia del dispositivo.

I criteri dettagliati di selezione elettrica e meccanica sono trattati in Come scegliere un connettore per un pacco batteria al litio personalizzato.

8. Applicare l'isolamento e la protezione meccanica

L'isolamento protegge le celle, i punti di connessione, il BMS e i cavi da contatti involontari e danni meccanici.

A seconda del formato della batteria, il gruppo può utilizzare:

• pellicola isolante;

• isolamento adesivo;

• separatori;

• maniche protettive;

• schiuma o imbottitura;

• carta isolante;

• materiali termoretraibili;

• custodie o staffe personalizzate.

La progettazione dell'isolamento dovrebbe impedire:

• contatto tra parti conduttrici;

• movimento delle cellule;

• danni ai punti di connessione;

• abrasione del filo;

• contatto tra il pacco ed i componenti dell'involucro;

• pressione eccessiva sulle cellule della sacca.

La protezione meccanica deve essere bilanciata attentamente. La batteria deve essere tenuta saldamente, ma la custodia non deve creare una compressione eccessiva o limitare lo spazio libero richiesto dal pacco.

Per i prodotti con spazio limitato nel vano batteria, la confezione deve essere confrontata con quella pertinente requisiti di progettazione del vano batteria.

9. Installare l'armadio o la struttura del pacchetto personalizzata

Alcuni pacchi batteria agli ioni di litio sono assemblati come pacchi flessibili, mentre altri utilizzano custodie rigide, staffe o alloggiamenti personalizzati.

L'assemblaggio meccanico può comprendere:

• chiusura del vano batteria;

• riparare il BMS;

• posizionamento del connettore;

• proteggere l'uscita del filo;

• installazione di staffe;

• aggiunta di etichette;

• controllo degli ingombri;

• verifica del peso finito.

Il team di produzione dovrà confrontare il pacco assemblato con il disegno approvato.

I punti di ispezione importanti includono:

• lunghezza, larghezza e spessore;

• posizione del connettore;

• direzione di uscita dei cavi;

• chiusura della cassa;

• parti conduttrici esposte;

• posizione dell'etichetta;

• condizione della superficie;

• fori o staffe di montaggio;

• interferenze con l'involucro previsto del dispositivo.

La busta del pacco finale dovrebbe includere tutti i componenti allegati, non solo le celle della batteria.

10. Eseguire controlli elettrici in corso

I controlli elettrici dovrebbero essere eseguiti nelle fasi appropriate anziché attendere il completamento del pacchetto completo.

I possibili controlli in-process includono:

• tensione delle celle;

• polarità del pacco;

• continuità del collegamento in serie;

• condizione di gruppo parallelo;

• continuità del filo;

• piedinatura del connettore;

• Connessione BMS;

• collegamento sensore di temperatura;

• condizione di isolamento;

• cortocircuito o circuito aperto imprevisto.

I controlli tempestivi aiutano a rilevare i problemi prima che l'isolamento aggiuntivo, l'assemblaggio della custodia o l'etichettatura rendano più difficile la risoluzione dei problemi.

I criteri di accettazione dovrebbero basarsi sulle specifiche approvate e sul metodo di prova. I risultati dovrebbero essere registrati quando il progetto richiede la tracciabilità a livello di lotto.

11. Caricare e scaricare il pacco completato

Il pacco batteria completato deve essere valutato attraverso l'appropriato processo di carica e scarica.

A seconda del progetto, i test possono includere:

• comportamento di ricarica;

• prestazione di scarico;

• capacità;

• stabilità della tensione;

• risposta di protezione;

• comportamento della temperatura;

• capacità attuale;

• funzione di comunicazione;

• comportamento di interruzione.

Le condizioni del test dovrebbero essere documentate. I risultati possono essere influenzati da:

• corrente di carica e scarica;

• temperatura ambiente;

• tensione di interruzione;

• tempo di riposo;

• apparecchiature di misurazione;

• durata della prova;

• Impostazioni BMS.

Un numero di capacità senza condizioni di test è difficile da utilizzare per il confronto dei fornitori. Gli acquirenti OEM dovrebbero chiedere come è stato misurato il risultato e se il metodo è coerente con i requisiti del prodotto.

L'intero ambito del test rientra in un piano di test separato della batteria. Per l'approvazione del campione, l'esistente L'elenco di controllo personalizzato per la convalida dei campioni di batterie fornisce un riferimento utile.

12. Completare l'ispezione finale

L'ispezione finale conferma che il pacco batteria completato corrisponde alle specifiche approvate e può essere rilasciato per la spedizione o l'integrazione.

Un'ispezione finale può riguardare:

Elettrico

• voltaggio;

• polarità;

• risultato della capacità o della portata;

• funzione di protezione;

• continuità del connettore;

• BMS o funzione di comunicazione, ove applicabile.

Meccanico

• dimensioni;

• peso;

• condizione della custodia;

• posizione del connettore;

• instradamento dei cavi;

• isolamento;

• fissaggio e ritenzione.

Aspetto

• condizione della superficie;

• etichette;

• marcature;

• danno visibile;

• aree conduttive esposte;

• condizioni dell'imballaggio.

Documentazione

• numero di lotto;

• registro delle prove;

• tracciabilità dei materiali;

• disegno approvato;

• rapporto di ispezione;

• informazioni sulla spedizione.

L'ispezione finale dovrebbe utilizzare criteri di accettazione definiti piuttosto che il solo giudizio visivo soggettivo.

13. Mantenere la tracciabilità e la coerenza dei processi

La produzione OEM richiede molto più che la semplice realizzazione di un campione accettabile. Il fornitore dovrebbe essere in grado di ripetere il progetto approvato su tutti i lotti di produzione.

Le informazioni utili sulla tracciabilità possono includere:

• lotto di cellule;

• Modello BMS o PCM;

• lotto di connettori;

• data di produzione;

• catena di montaggio o ordine di lavoro;

• registro dell'operatore o della stazione;

• risultati dei test;

• storia delle modifiche tecniche;

• lotto di spedizione.

La coerenza del processo dipende dal controllo:

• materiali approvati;

• infissi;

• parametri di saldatura o connessione;

• instradamento dei cavi;

• fasi di ispezione;

• apparecchiature di prova;

• impostazioni del software o del BMS;

• imballaggio ed etichettatura.

Se è necessario modificare un componente o un processo, è necessario rivedere la modifica per i suoi effetti su tensione, corrente, dimensioni, protezione, carica e requisiti di conformità.

14. Processo di produzione per prototipi, progetti pilota e produzione di massa

Le fasi di assemblaggio fisico possono essere simili nelle varie fasi di produzione, ma i requisiti di controllo diventano più formali con l’aumento del volume.

Produzione di prototipi

La produzione del prototipo si concentra su:

• conferma dell'adattamento meccanico;

• controllo cablaggio e piedinatura;

• validare il BMS;

• identificare i problemi di progettazione;

• testare la batteria del dispositivo.

Produzione pilota

La produzione pilota si concentra su:

• verificare la ripetibilità;

• controllo delle attrezzature di montaggio;

• conferma dei metodi di ispezione;

• conferma della fornitura del materiale;

• identificare la variazione del processo;

• migliorare le istruzioni di lavoro.

Produzione di massa

La produzione di massa richiede:

• fonti materiali stabili;

• istruzioni di lavoro controllate;

• apparecchi ripetibili;

• parametri di processo definiti;

• registri di ispezione;

• tracciabilità dei lotti;

• cambiare controllo;

• criteri di rilascio della spedizione.

Questa prospettiva del processo è diversa dalle fasi complessive di gestione del progetto OEM discusse in Dal prototipo alla produzione di massa: fasi di sviluppo di batterie personalizzate . Il processo di produzione si concentra sul modo in cui il pacco batteria approvato viene fisicamente assemblato e controllato in ogni fase della produzione.

15. Punti chiave di controllo della qualità

16. Domande che gli acquirenti OEM dovrebbero porre al produttore di batterie

Prima di approvare un fornitore, chiedi:

1. Come vengono ispezionate le celle in entrata?

2. Come vengono abbinate le celle per i pacchi multicella?

3. Quale metodo di connessione viene utilizzato per il tipo di cella selezionato?

4. Come vengono controllati i parametri di connessione?

5. Come vengono verificati BMS, PCM, NTC e cavi di comunicazione?

6. Come viene controllata la polarità del connettore?

7. Come vengono controllate le dimensioni e le posizioni dei cavi?

8. Quali test elettrici vengono eseguiti sui pacchi completati?

9. Come vengono tracciati i lotti di produzione?

10. Come vengono approvate le modifiche materiali o di processo?

11. Come viene trasferito il campione approvato alla produzione di massa?

12. Quali record sono disponibili per il rilascio della spedizione?

Queste domande aiutano a distinguere un fornitore in grado di assemblare un pacco batteria da un fornitore in grado di supportare la produzione OEM ripetibile.

Problemi di produzione comuni

I modelli di celle vengono modificati senza approvazione

Una cella visivamente simile può avere capacità, resistenza, capacità di corrente o dimensioni diverse. Qualsiasi sostituzione deve essere esaminata prima della produzione.

Il BMS è installato con un cablaggio errato

Collegamenti errati della presa della cella o della polarità possono influire sul monitoraggio e sulla protezione. Il cablaggio deve essere controllato rispetto al disegno approvato.

La posizione del connettore cambia tra i batch

Una piccola modifica all'uscita del cavo può impedire al pacchetto di adattarsi al dispositivo host. La posizione e la lunghezza devono essere controllate come dimensioni di produzione.

L'isolamento viene trattato come un dettaglio estetico

L'isolamento fa parte del sistema di protezione elettrica e meccanica. Dovrebbe essere ispezionato come requisito funzionale di produzione.

Il test viene eseguito solo sul primo campione

Le confezioni per la produzione di massa richiedono ispezioni e test ripetibili. Un prototipo riuscito non dimostra la coerenza del lotto.

Le modifiche al processo non sono documentate

Modifiche non registrate a celle, cavi, connettori, dispositivi o impostazioni BMS possono creare differenze tra i campioni approvati e le confezioni consegnate.

Domande frequenti

Qual è il primo passo nella produzione di batterie agli ioni di litio?

Il primo passo è rilasciare e rivedere le specifiche approvate della batteria, inclusi modello di cella, configurazione, voltaggio, capacità, sistema di protezione, connettore, dimensioni e requisiti di test.

Come vengono preparate le celle prima dell'assemblaggio del pacco batteria?

Le celle possono essere ispezionate, ordinate e abbinate in base a tensione, capacità, resistenza, dimensioni, lotto e altri criteri approvati prima di essere disposte nella configurazione del pacco.

Come sono collegate le celle della batteria agli ioni di litio in un pacco?

Il metodo di connessione dipende dal tipo di cella, dalla struttura del pacco, dai requisiti attuali e dal progetto di produzione. Il produttore dovrebbe utilizzare un processo di connessione controllato e ispezionare le connessioni completate.

Qual è il ruolo del BMS durante la produzione di pacchi batteria?

Il BMS o il PCM sono integrati nel pacchetto per fornire le funzioni di protezione o gestione richieste. Il modello della scheda, il cablaggio, i collegamenti dei sensori, la piedinatura e le impostazioni devono corrispondere al design della batteria approvato.

Quali test vengono eseguiti dopo l'assemblaggio del pacco batteria?

A seconda del progetto, i test possono includere tensione, polarità, continuità, capacità, prestazioni di carica e scarica, risposta della protezione, comportamento della temperatura, funzionalità del connettore e controlli di comunicazione.

In che modo la produzione del pacco batteria OEM differisce dall'assemblaggio della batteria standard?

La produzione OEM può richiedere dimensioni personalizzate, configurazione della cella, BMS, cavo, connettore, custodia, test e documentazione. Richiede inoltre una riproduzione coerente del campione approvato tra i lotti di produzione.

Conclusione

Il processo di produzione delle batterie agli ioni di litio unisce i requisiti tecnici approvati con l'assemblaggio fisico ripetibile e il controllo di qualità.

Un processo OEM affidabile dovrebbe controllare i materiali in entrata, l'abbinamento delle celle, la disposizione delle celle, i collegamenti elettrici, l'integrazione del BMS, il cablaggio, l'isolamento, l'imballaggio meccanico, i test, la tracciabilità e il rilascio della spedizione. Ciascuna fase può influenzare la tensione, la capacità, le prestazioni di corrente, l'idoneità e l'affidabilità del pacco finito.

Gli acquirenti OEM dovrebbero rivedere sia il processo di assemblaggio che il sistema di controllo qualità del fornitore prima della produzione di massa. Per progetti che richiedono celle, dimensioni del pacco, BMS, connettori o test di produzione personalizzati, contattare ZERNE per supporto personalizzato nella produzione di pacchi batterie al litio.