OEM プロジェクト向けのリチウムイオン電池パックの製造プロセス

リチウムイオン バッテリー パックは、セル、電気接続、保護コンポーネント、ワイヤー、コネクタ、絶縁体、および機械的パッケージで構成されるシステムです。 OEM プロジェクトの場合、製造プロセスでは、承認されたサンプルから量産までこれらの要素の一貫性を保つ必要があります。

このプロセスは、個々のバッテリーセルの製造とは異なります。セルの製造には、電極、電解質、セル形成プロセスが含まれます。バッテリーパックの製造は、必要なセルタイプ、電圧、容量、電流能力、寸法、保護アーキテクチャが選択された後に開始されます。

制御された リチウム電池パックの製造ソリューションは 、エンジニアリング要件と再現可能な組み立て、検査、テストを結び付ける必要があります。正確なシーケンスは、パックのフォーマット、セルのタイプ、現在の需要、BMS 構成、およびエンクロージャの設計によって異なる場合があります。

簡単な答え: リチウムイオン電池パックの製造プロセスとは何ですか?

一般的なリチウムイオン電池パックの製造プロセスには次のものが含まれます。

1. 承認された OEM バッテリー仕様を確認します。

2. 入荷したセル、BMS または PCM、ワイヤ、コネクタ、機械材料を検査します。

3. パックの要件に従ってセルを並べ替えて一致させます。

4. セルを承認された直列および並列構成に配置します。

5. 指定された溶接または電気接続方法を使用してセルを接続します。

6. BMS、PCM、保護コンポーネント、ワイヤーハーネスの取り付け。

7. 断熱材、セパレーター、固定材、機械的保護を追加します。

8. コネクタ、エンクロージャ、またはカスタマイズされたパック構造の取り付け。

9. 電気検査、機械検査、外観検査を行います。

10. 完成したバッテリーパックを充電、放電し、テストします。

11. 結果を記録し、トレーサビリティをチェックし、出荷用に適格なパックをリリースします。

最も重要な原則は一貫性です。すべての生産パックは、承認された設計、材料、プロセスパラメータ、および検査要件に従う必要があります。

1. 承認されたバッテリーパック仕様のリリース

製造は、非公式な要求ではなく、管理された仕様から始める必要があります。

通常、製品仕様では次のように定義されます。

仕様では、どの値が最終値で、どの値が承認された許容値で、どの値がサンプリング中に確認が必要かを特定する必要があります。

製造前にこれらの要件がどのように定義されるかについての詳しい説明については、次を参照してください。 リチウムイオン電池パックの設計: 電圧、容量、BMS、実行時間.

2. 入荷した材料を検査する

組み立て前に、メーカーは生産のために受け取った材料を検査する必要があります。

典型的な入荷材料には次のようなものがあります。

• バッテリーセル。

• PCM または BMS ボード。

• ワイヤおよびケーブルアセンブリ。

• コネクタ;

• ニッケルストリップまたはその他の承認された接続材料。

• 断熱シート。

• セパレーターと保護フィルム。

• ケース、ブラケット、またはカスタムハウジング。

• ラベルや梱包材など。

受信検査では次のことが確認される場合があります。

• モデルと仕様。

• 量;

• 目に見えるダメージ。

• 寸法。

• 電気的状態。

• コネクタのタイプ。

• ワイヤの長さと極性。

• バッチまたはロットの情報。

• サプライヤーの文書。

バッテリーパックは、プロセスに入る材料以上に一貫性のあるものはありません。セルモデルの変更、コネクタの交換、または未承認の BMS の変更は、エンジニアリング変更プロセスを通じて管理する必要があります。

3. セルを検査、並べ替え、照合する

セルの一貫性は、マルチセル バッテリ パックの場合特に重要です。

組み立て前に、承認された製造要件に従ってセルをチェックし、グループ化することができます。パックの設計に応じて、照合プロセスでは次のことが考慮される場合があります。

• 電圧;

• 容量;

• 内部抵抗。

• 物理的な寸法。

• 生産バッチ。

• 目に見える状態。

• 電気試験の結果。

マッチングにより、あるセルが同じパック内の他のセルとは大きく異なる動作をするリスクが軽減されます。セル間の違いは、バランス、使用可能な容量、電圧の動作、および長期的な一貫性に影響を与える可能性があります。

円筒形バッテリー パックの場合、複数のセルが直列または並列に接続されている場合、セルのマッチングが特に重要になります。正確なスクリーニング限界と許容基準は、選択したセル モデルと用途に応じてメーカーが定義する必要があります。

セルのマッチングは、パック容量の計算とは異なります。容量と実行時間の計算は設計段階で完了する必要がありますが、マッチングは選択したセルが組み立てに適しているかどうかを確認する生産管理アクティビティです。

4. 承認された構成でセルを配置します。

セルの検査とマッチングの後、承認されたパック構成に従ってセルが配置されます。

取り決めにより次のことが決まります。

• 出力電圧。

• 利用可能な容量。

• パックの寸法。

• 現在のパス。

• 熱レイアウト。

• BMS 接続ポイント。

• 機械的なバランス。

アセンブリ固定具は、接続中に正しいセルの位置と間隔を維持する必要があります。また、セルの表面、絶縁体、配線に損傷を与える可能性のある動きを防ぐ必要があります。

直列接続および並列接続を使用するパックの場合、配置は承認された電気図面に従う必要があります。構成エラーは、パックの電圧、容量、保護設定、および充電器の互換性に影響を与える可能性があります。

直列配置と並列配置の一般的な違いについては、以下で説明します。 直列バッテリーパックと並列バッテリーパック。製造時には、承認された構成を正確かつ一貫して再現することが優先されます。

5. セルを接続する

セルは、セルの形式、電流需要、パック構造に適した方法を使用して接続する必要があります。

接続プロセスには以下が含まれる場合があります。

• 接続ストリップまたは端子を準備する。

• 固定具内にセルを配置する。

• 承認された電気接続を行う。

• 接続を視覚的に確認します。

• 電気的導通を確認する。

• セルと接続領域を保護します。

円筒形セルの場合、承認された接続材料と制御されたパラメータを使用して溶接プロセスを使用できます。パウチセルパックの場合、アセンブリにはタブ、保護ボード、フレキシブルワイヤ、絶縁体、および機械的固定具が含まれる場合があります。

特定の接続方法は、バッテリーのメーカーが以下に基づいて選択する必要があります。

• セル端子の設計。

• 必要な電流。

• 接続抵抗。

• 機械的強度。

• 熱影響。

• 生産の再現性。

• 利用可能なスペース。

生産チームは接続パラメータを制御し、完成したジョイントを検査する必要があります。視覚的に許容できるように見える接続でも、電気的または機械的な検証が必要な場合があります。

6. PCM、BMS、および保護コンポーネントのインストール

セル接続後、保護および管理コンポーネントがパックに統合されます。

プロジェクトに応じて、パックには次のものが含まれる場合があります。

• PCM;

• BMS;

• NTC温度センサー;

• ヒューズ;

• 電流検出コンポーネント。

• 通信インターフェース。

• 平衡回路。

• 充電と放電の保護。

正しいコンポーネントは、セル構成、電流要件、充電器、およびホストデバイスによって異なります。

製造プロセスでは以下を管理する必要があります。

• ボードモデル;

• ボードの向き。

• 配線接続の順序。

• 極性;

• センサーの位置。

• 基板周囲の絶縁。

• コネクタのピン配列。

• 該当する場合、プログラミングまたは構成。

マルチセル パックと BMS 間の配線が正しくないと、セルの監視と保護に影響を与える可能性があります。このため、承認された製造文書には基板モデルと配線図を含める必要があります。

より単純な保護機能とより高度な管理機能の違いについては、次のセクションで説明します。 LiPo バッテリーの PCM と BMS の比較.

7. ワイヤーハーネスとコネクタを組み立てる

ワイヤー ハーネスは、バッテリー パックをホスト デバイス、充電器、または外部管理システムに接続します。

組み立てプロセスには次のものが含まれる場合があります。

• ワイヤーを指定された長さに切断する。

• ワイヤの被覆を剥がし、終端処理する。

• コネクタを取り付ける。

• ケーブルの配線。

• 張力緩和を追加します。

• 極性をチェックする。

• ワイヤーの出口を固定する。

• 必要に応じて電源線と信号線を分離します。

メーカーは以下を管理する必要があります。

• ワイヤーゲージ;

• ワイヤーの長さ;

• コネクタモデル;

• ピン割り当て。

• ケーブル出口の位置。

• 端子の圧着または接続の品質。

• 絶縁;

• 曲げ半径。

• 張力の緩和。

電気的に適切なコネクタであっても、ケーブルが間違った方向に抜けていたり、デバイスのエンクロージャに適合していなかったりすると、組み立ての問題が発生する可能性があります。

電気的および機械的な選択基準の詳細については、「 カスタム リチウム バッテリー パックのコネクタを選択する方法.

8. 絶縁と機械的保護を適用する

絶縁は、セル、接続ポイント、BMS、およびワイヤーを意図しない接触や機械的損傷から保護します。

バッテリーの形式に応じて、アセンブリでは以下が使用される場合があります。

• 絶縁フィルム。

• 接着絶縁体。

• 区切り文字。

• 保護スリーブ。

• フォームまたはクッション。

• 絶縁紙。

• 熱収縮材料。

• カスタマイズされたケースまたはブラケット。

断熱設計では、次のことを防止する必要があります。

• 導電性部品間の接触。

• 細胞の動き。

• 接続ポイントの損傷。

• ワイヤーの磨耗。

• パックとエンクロージャーのコンポーネント間の接触。

• パウチ細胞に過度の圧力がかかる。

機械的保護は慎重にバランスを取る必要があります。バッテリーはしっかりと保持する必要がありますが、筐体によって過度の圧縮が生じたり、パックに必要な隙間が制限されたりしてはなりません。

バッテリーコンパートメントのスペースが限られている製品の場合は、パックを関連する規格に照らしてチェックする必要があります。 バッテリーコンパートメントの設計要件.

9. エンクロージャまたはカスタマイズされたパック構造の取り付け

一部のリチウムイオン バッテリー パックはフレキシブル パウチ パックとして組み立てられていますが、他のバッテリー パックは剛性ケース、ブラケット、またはカスタマイズされたハウジングを使用しています。

機械アセンブリには以下が含まれる場合があります。

• 電池ケースを閉じる。

• BMSを修正する。

• コネクタの位置決め。

• ワイヤーの出口を固定する。

• ブラケットの取り付け。

• ラベルの追加。

• 全体の寸法を確認する。

• 完成重量を確認します。

生産チームは、組み立てられたパックを承認された図面と比較する必要があります。

重要な検査ポイントは次のとおりです。

• 長さ、幅、厚さ。

• コネクタの位置。

• ケーブル出口方向。

• ケースクロージャー。

• 露出した導電部分。

• ラベルの位置。

• 表面状態。

• 取り付け穴またはブラケット。

• 意図したデバイスのエンクロージャとの干渉。

最終的なパックの封筒には、バッテリーセルだけでなく、付属のすべてのコンポーネントが含まれている必要があります。

10. 工程中の電気的チェックを実行する

電気的チェックは、完全なパックが完成するまで待つのではなく、適切な段階で実行する必要があります。

考えられるプロセス内チェックには次のようなものがあります。

• セル電圧。

• パック極性。

• 直列接続の連続性。

• 並列グループ条件。

• ワイヤーの連続性。

• コネクタのピン配列。

• BMS 接続。

• 温度センサー接続。

• 絶縁状態。

• 予期せぬ短絡または断線。

早期チェックは、追加の断熱材、エンクロージャの組み立て、またはラベル付けによってトラブルシューティングが困難になる前に、問題を検出するのに役立ちます。

合格基準は、承認された仕様とテスト方法に基づく必要があります。プロジェクトでバッチレベルのトレーサビリティが必要な場合は、結果を記録する必要があります。

11. 完成したパックの充電と放電

完成したバッテリーパックは、適切な充電および放電プロセスを通じて評価する必要があります。

プロジェクトによっては、テストには次のものが含まれる場合があります。

• 充電動作。

• 放電性能。

• 容量;

• 電圧の安定性。

• 保護反応。

• 温度挙動。

• 現在の能力。

• 通信機能。

• カットオフ動作。

試験条件は文書化する必要があります。結果は次の影響を受ける可能性があります。

• 充放電電流。

• 周囲温度。

• カットオフ電圧。

• 休憩時間。

• 測定機器。

• テスト期間。

• BMSの設定です。

テスト条件のない容量数値は、サプライヤーの比較に使用するのが困難です。 OEM バイヤーは、結果がどのように測定されたか、またその方法が製品要件と一致しているかどうかを尋ねる必要があります。

完全なテスト範囲は、別のバッテリー パック テスト計画に属します。サンプルの承認については、既存の カスタム バッテリー サンプル検証チェックリスト は有用な参考資料となります。

12. 最終検査を完了する

最終検査では、完成したバッテリーパックが承認された仕様と一致し、出荷または統合のためにリリースできることが確認されます。

最終検査では以下が対象となる場合があります。

電気

• 電圧;

• 極性;

• 容量または放電結果。

• 保護機能。

• コネクタの連続性。

• 該当する場合、BMS または通信機能。

機械式

• 寸法。

• 重さ;

• 筐体の状態。

• コネクタの位置。

• ケーブルの配線。

• 絶縁;

• 固定と保持。

外観

• 表面状態。

• ラベル。

• マーキング;

• 目に見えるダメージ。

• 露出した導電性領域。

• 梱包状態。

ドキュメント

• バッチ番号;

• テスト記録。

• 材料のトレーサビリティ。

• 承認された図面。

• 検査報告書。

• 出荷情報。

最終検査では、主観的な視覚的判断だけではなく、定義された合格基準を使用する必要があります。

13. トレーサビリティとプロセスの一貫性を維持する

OEM 生産には、許容できるサンプルを 1 つ作成するだけでは不十分です。サプライヤーは、承認された設計を製造バッチ全体で繰り返すことができる必要があります。

有用なトレーサビリティ情報には次のものが含まれます。

• セルバッチ。

• BMS または PCM モデル。

• コネクタバッチ。

• 製造日。

• 組み立てラインまたは作業指示。

• オペレータまたはステーションの記録。

• テスト結果。

• エンジニアリング変更履歴。

• 出荷バッチ。

プロセスの一貫性は、以下の制御に依存します。

• 承認された材料。

• 備品;

• 溶接または接続パラメータ。

• ワイヤールーティング。

• 検査手順。

• 試験装置;

• ソフトウェアまたは BMS の設定。

• 梱包とラベル貼り。

コンポーネントまたはプロセスを変更する必要がある場合は、その変更が電圧、電流、寸法、保護、充電、およびコンプライアンス要件に及ぼす影響を検討する必要があります。

14. 試作・試作・量産の製造工程

物理的な組み立て手順は製造段階全体で同様ですが、量が増加するにつれて制御要件はより正式なものになります。

試作製作

プロトタイプの制作は次の点に重点を置いています。

• 機械的な適合を確認する。

• 配線とピン配列をチェックします。

• BMS を検証する。

• 設計上の問題を特定する。

• デバイスのバッテリーをテストしています。

パイロット制作

パイロット制作では次のことに重点を置いています。

• 再現性を検証する。

• 組み立て治具のチェック。

• 検査方法の確認。

• 材料供給の確認。

• プロセスのばらつきを特定する。

• 作業指示の改善。

量産

大量生産には次のものが必要です。

• 安定した原料源。

• 管理された作業指示。

• 再現可能な治具。

• 定義されたプロセスパラメータ。

• 検査記録。

• バッチトレーサビリティ。

• 制御を変更します。

• 出荷リリース基準。

このプロセスの観点は、で説明した全体的な OEM プロジェクト管理段階とは異なります。 試作から量産まで：カスタムバッテリーの開発段階。製造プロセスは、承認されたバッテリー パックが各生産段階でどのように物理的に組み立てられ、制御されるかに焦点を当てています。

15. 主要な品質チェックポイント

16. OEM購入者がバッテリーメーカーに尋ねるべき質問

サプライヤーを承認する前に、次のことを尋ねてください。

1. 入ってくるセルはどのように検査されますか?

2. セルはマルチセル パックにどのように適合しますか?

3. 選択したセルタイプにはどの接続方法が使用されますか?

4. 接続パラメータはどのように制御されますか?

5. BMS、PCM、NTC、および通信ワイヤはどのように検証されますか?

6. コネクタの極性はどのように確認されますか?

7. 寸法とケーブルの位置はどのように管理されますか?

8. 完成したパックに対してどのような電気試験が実施されますか?

9. 生産バッチはどのように追跡されますか?

10. 材料またはプロセスの変更はどのように承認されますか?

11. 承認されたサンプルはどのように量産に移されるのでしょうか?

12. どのレコードが出荷リリースに利用可能ですか?

これらの質問は、バッテリー パックを組み立てることができるサプライヤーと、反復可能な OEM 生産をサポートできるサプライヤーを区別するのに役立ちます。

一般的な製造上の問題

承認なしにセルモデルが変更される

見た目が似ているセルでも、容量、抵抗、電流能力、寸法が異なる場合があります。代替品は、本番前にレビューする必要があります。

BMS が間違った配線で取り付けられている

セルタップまたは極性接続が正しくないと、監視と保護に影響を与える可能性があります。配線は承認された図面と照合して確認する必要があります。

バッチ間でコネクタの位置が変化する

ケーブル出口を少し変更すると、パックがホスト デバイスに適合しなくなる可能性があります。位置や長さは製作寸法として管理してください。

断熱材は外観の細部として扱われます

絶縁は電気的および機械的保護システムの一部です。機能的な生産要件として検査する必要があります。

テストは最初のサンプルに対してのみ実行されます

大量生産パックには、繰り返し可能な検査とテストが必要です。 1 つのプロトタイプが成功しても、バッチの一貫性は証明されません。

プロセスの変更は文書化されていない

セル、ワイヤ、コネクタ、器具、または BMS 設定に対する記録されていない変更により、承認されたサンプルと納品されたパックの間に差異が生じる可能性があります。

よくある質問

リチウムイオン電池パック製造の最初のステップは何ですか?

最初のステップは、セルのモデル、構成、電圧、容量、保護システム、コネクタ、寸法、テスト要件など、承認されたバッテリー仕様を公開してレビューすることです。

バッテリーパックを組み立てる前にセルはどのように準備されますか?

セルは、パック構成に配置される前に、電圧、容量、抵抗、寸法、バッチ、およびその他の承認された基準に従って検査、分類、照合されます。

リチウムイオン電池セルはパック内でどのように接続されていますか?

接続方法は、セルの種類、パックの構造、電流要件、生産設計によって異なります。製造元は、管理された接続プロセスを使用し、完成した接続を検査する必要があります。

バッテリーパック製造時のBMSの役割は何ですか?

BMS または PCM はパックに統合されており、必要な保護機能または管理機能を提供します。基板モデル、配線、センサー接続、ピン配列および設定は、承認されたバッテリー設計と一致する必要があります。

バッテリーパックの組み立て後にはどのようなテストが行​​われますか?

プロジェクトによっては、テストには電圧、極性、導通、容量、充放電性能、保護応答、温度挙動、コネクタ機能、通信チェックが含まれる場合があります。

OEM バッテリー パックの製造は標準のバッテリー アセンブリとどのように異なりますか?

OEM 製造では、カスタマイズされた寸法、セル構成、BMS、ケーブル、コネクタ、エンクロージャ、テスト、および文書化が必要になる場合があります。また、製造バッチ全体で承認されたサンプルを一貫して再現することも必要です。

結論

リチウムイオン バッテリー パックの製造プロセスは、承認されたエンジニアリング要件と再現可能な物理的な組み立ておよび品質管理を結びつけます。

信頼性の高い OEM プロセスでは、入荷する材料、セルのマッチング、セルの配置、電気接続、BMS の統合、配線、絶縁、機械的パッケージング、テスト、トレーサビリティ、出荷リリースを管理する必要があります。各段階は、完成したパックの電圧、容量、電流性能、適合性、信頼性に影響を与える可能性があります。

OEM バイヤーは、大量生産の前に、組み立てプロセスとサプライヤーの品質管理システムの両方をレビューする必要があります。カスタマイズされたセル、パック寸法、BMS、コネクタ、または製造テストが必要なプロジェクトの場合は、カスタム リチウム バッテリー パックの製造サポートについて ZERNE にお問い合わせください。