Productieproces van lithium-ionbatterijpakketten voor OEM-projecten

Een lithium-ionbatterijpakket is een systeem dat bestaat uit cellen, elektrische verbindingen, beschermingscomponenten, draden, connectoren, isolatie en mechanische verpakking. Voor OEM-projecten moet het productieproces deze elementen consistent houden, van het goedgekeurde monster tot en met de massaproductie.

Het proces verschilt van het vervaardigen van individuele batterijcellen. Bij de celproductie zijn elektrode-, elektrolyt- en celvormingsprocessen betrokken. De productie van batterijpakketten begint nadat het vereiste celtype, de spanning, de capaciteit, het stroomvermogen, de afmetingen en de beschermingsarchitectuur zijn geselecteerd.

Een gecontroleerde De productieoplossing voor lithiumbatterijen moet technische vereisten verbinden met herhaalbare assemblage, inspectie en testen. De exacte volgorde kan variëren afhankelijk van het pakketformaat, het celtype, de huidige vraag, de BMS-configuratie en het behuizingsontwerp.

Snel antwoord: wat is het productieproces van lithium-ionbatterijen?

Een typisch productieproces voor lithium-ionbatterijen omvat:

1. Herziening van de goedgekeurde OEM-batterijspecificatie.

2. Inspecteren van binnenkomende cellen, BMS of PCM, draden, connectoren en mechanische materialen.

3. Sorteren en matchen van cellen volgens de pakketvereisten.

4. Cellen rangschikken in de goedgekeurde serie- en parallelle configuratie.

5. Cellen verbinden met behulp van de gespecificeerde las- of elektrische verbindingsmethode.

6. Installeren van het BMS, PCM, beveiligingscomponenten en kabelboom.

7. Het toevoegen van isolatie, afscheiders, bevestigingsmaterialen en mechanische bescherming.

8. Het installeren van de connector, behuizing of aangepaste pakketstructuur.

9. Het uitvoeren van elektrische, mechanische en uiterlijke inspecties.

10. Het voltooide accupakket opladen, ontladen en testen.

11. Resultaten registreren, traceerbaarheid controleren en gekwalificeerde pakketten vrijgeven voor verzending.

Het belangrijkste principe is consistentie. Elk productiepakket moet voldoen aan het goedgekeurde ontwerp, de materialen, de procesparameters en de inspectievereisten.

1. Geef de goedgekeurde accuspecificatie vrij

De productie moet beginnen met een gecontroleerde specificatie in plaats van een informeel verzoek.

De productiespecificatie definieert normaal gesproken:

In de specificatie moet worden aangegeven welke waarden definitief zijn, welke goedgekeurde toleranties zijn en welke tijdens de bemonstering moeten worden bevestigd.

Voor een bredere uitleg over hoe deze vereisten worden gedefinieerd vóór de productie, zie Ontwerp van lithium-ionbatterijpak: spanning, capaciteit, BMS en looptijd.

2. Inspecteer binnenkomende materialen

Vóór de montage moet de fabrikant de voor productie ontvangen materialen inspecteren.

Typische binnenkomende materialen zijn onder meer:

• batterijcellen;

• PCM- of BMS-borden;

• draden en kabelsamenstellen;

• connectoren;

• nikkelstrips of ander goedgekeurd verbindingsmateriaal;

• isolatieplaten;

• scheiders en beschermende films;

• koffers, beugels of op maat gemaakte behuizingen;

• etiketten en verpakkingsmaterialen.

Inkomende inspectie kan het volgende verifiëren:

• model en specificatie;

• hoeveelheid;

• zichtbare schade;

• afmetingen;

• elektrische toestand;

• connectortype;

• draadlengte en polariteit;

• batch- of lotinformatie;

• documentatie van leveranciers.

Een accupakket kan niet consistenter zijn dan de materialen die het proces binnenkomen. Wijzigingen in het celmodel, vervanging van connectoren of niet-goedgekeurde BMS-wijzigingen moeten worden beheerd via een technisch wijzigingsproces.

3. Inspecteer, sorteer en match de cellen

Celconsistentie is vooral belangrijk bij meercellige accupakketten.

Vóór de montage kunnen de cellen worden gecontroleerd en gegroepeerd volgens de goedgekeurde productie-eisen. Afhankelijk van het pakketontwerp kan het matchingproces het volgende overwegen:

• spanning;

• capaciteit;

• interne weerstand;

• fysieke afmetingen;

• productiepartij;

• zichtbare toestand;

• elektrische testresultaten.

Matching verkleint het risico dat één cel zich heel anders gedraagt ​​dan de andere cellen in dezelfde roedel. Verschillen tussen cellen kunnen de balans, de bruikbare capaciteit, het spanningsgedrag en de consistentie op de lange termijn beïnvloeden.

Voor cilindrische batterijpakketten is celmatching vooral relevant wanneer meerdere cellen in serie of parallel zijn geschakeld. De exacte screeninglimieten en acceptatiecriteria moeten door de fabrikant worden gedefinieerd voor het geselecteerde celmodel en de geselecteerde toepassing.

Celmatching is niet hetzelfde als het berekenen van de verpakkingscapaciteit. Capaciteits- en looptijdberekeningen moeten tijdens de ontwerpfase worden uitgevoerd, terwijl matching een productiecontroleactiviteit is die controleert of de geselecteerde cellen geschikt zijn voor assemblage.

4. Rangschik de cellen in de goedgekeurde configuratie

Na celinspectie en matching worden de cellen gerangschikt volgens de goedgekeurde pakketconfiguratie.

De regeling bepaalt:

• uitgangsspanning;

• beschikbare capaciteit;

• afmetingen verpakking;

• huidige pad;

• thermische lay-out;

• GBS-aansluitpunten;

• mechanische balans.

De montagebevestiging moet tijdens het aansluiten de juiste celpositie en -afstand behouden. Het moet ook beweging voorkomen die het celoppervlak, de isolatie of de draadgeleiding zou kunnen beschadigen.

Voor pakketten die serie- en parallelle verbindingen gebruiken, moet de opstelling het goedgekeurde elektrische schema volgen. Een configuratiefout kan de spanning, capaciteit, beveiligingsinstellingen en compatibiliteit van de lader beïnvloeden.

Het algemene verschil tussen serie- en parallelle arrangementen wordt uitgelegd in Serie versus parallelle batterijpakketten . Tijdens de productie ligt de prioriteit bij het nauwkeurig en consistent reproduceren van de goedgekeurde configuratie.

5. Sluit de cellen aan

De cellen moeten worden aangesloten volgens een methode die geschikt is voor het celformaat, de huidige vraag en de pakketstructuur.

Het verbindingsproces kan het volgende omvatten:

• het voorbereiden van aansluitstrips of terminals;

• het positioneren van de cellen in een armatuur;

• het maken van de goedgekeurde elektrische aansluiting;

• het visueel controleren van de verbinding;

• het verifiëren van de elektrische continuïteit;

• bescherming van de cel en het verbindingsgebied.

Voor cilindrische cellen kan een lasproces worden gebruikt met goedgekeurde verbindingsmaterialen en gecontroleerde parameters. Voor buidelcelverpakkingen kan de samenstelling bestaan ​​uit lipjes, beschermingsplaten, flexibele draden, isolatie en mechanische bevestigingen.

De specifieke aansluitmethode moet door de batterijfabrikant worden geselecteerd op basis van:

• ontwerp van celterminals;

• vereiste stroom;

• verbindingsweerstand;

• mechanische sterkte;

• thermische impact;

• herhaalbaarheid van de productie;

• beschikbare ruimte.

Het productieteam moet de verbindingsparameters controleren en de voltooide verbindingen inspecteren. Een verbinding die visueel acceptabel lijkt, kan nog steeds een elektrische of mechanische verificatie vereisen.

6. Installeer de PCM-, BMS- en beveiligingscomponenten

Na de celverbinding worden de beschermings- en beheercomponenten in het pakket geïntegreerd.

Afhankelijk van het project kan het pakket het volgende bevatten:

• PCM;

• GBS;

• NTC-temperatuursensor;

• samensmelten;

• stroomgevoelige componenten;

• communicatie-interface;

• balanceringscircuit;

• bescherming tegen opladen en ontladen.

Het juiste onderdeel is afhankelijk van de celconfiguratie, huidige vereisten, oplader en hostapparaat.

Het productieproces moet het volgende controleren:

• bordmodel;

• bordoriëntatie;

• draadverbindingsvolgorde;

• polariteit;

• sensorlocatie;

• isolatie rond het bord;

• pin-out van connector;

• programmering of configuratie, indien van toepassing.

Onjuiste bedrading tussen een pakket met meerdere cellen en het GBS kan de celbewaking en -bescherming beïnvloeden. Om deze reden moeten het bordmodel en het bedradingsschema worden opgenomen in de goedgekeurde productiedocumentatie.

Het onderscheid tussen eenvoudigere bescherming en meer geavanceerde beheerfuncties wordt uitgelegd in PCM versus BMS voor LiPo-batterijen.

7. Monteer de kabelboom en connector

De kabelboom verbindt het accupakket met het hostapparaat, de oplader of het externe beheersysteem.

Het assemblageproces kan het volgende omvatten:

• draden op de aangegeven lengte snijden;

• strippen en afsluiten van draden;

• het bevestigen van de connector;

• het leiden van de kabel;

• het toevoegen van trekontlasting;

• polariteit controleren;

• het beveiligen van de draaduitgang;

• het scheiden van stroom- en signaaldraden waar nodig.

De fabrikant moet controleren:

• draadmeter;

• draad lengte;

• connectormodel;

• pintoewijzing;

• positie kabeluitgang;

• terminal-krimp- of verbindingskwaliteit;

• isolatie;

• buigradius;

• trekontlasting.

Een connector die elektrisch geschikt is, kan toch een montageprobleem veroorzaken als de kabel in de verkeerde richting naar buiten komt of niet in de behuizing van het apparaat past.

De gedetailleerde elektrische en mechanische selectiecriteria worden behandeld in Hoe u een connector kiest voor een aangepast lithiumbatterijpak.

8. Breng isolatie en mechanische bescherming aan

Isolatie beschermt de cellen, verbindingspunten, GBS en draden tegen onbedoeld contact en mechanische schade.

Afhankelijk van het batterijformaat kan de montage gebruik maken van:

• isolatiefilm;

• zelfklevende isolatie;

• afscheiders;

• beschermende mouwen;

• schuim of demping;

• isolatiepapier;

• warmtekrimpende materialen;

• op maat gemaakte koffers of beugels.

Het isolatieontwerp moet het volgende voorkomen:

• contact tussen geleidende delen;

• beweging van cellen;

• schade aan aansluitpunten;

• draadslijtage;

• contact tussen de verpakking en de behuizingscomponenten;

• overmatige druk op de cellen van de buidel.

Mechanische bescherming moet zorgvuldig worden afgewogen. De batterij moet stevig worden vastgehouden, maar de behuizing mag geen overmatige compressie veroorzaken of de vereiste ruimte voor het pakket beperken.

Voor producten met een beperkte ruimte in het batterijcompartiment moet de verpakking worden gecontroleerd aan de hand van de relevante gegevens Ontwerpvereisten voor het batterijcompartiment.

9. Installeer de behuizing of de aangepaste pakketstructuur

Sommige lithium-ionbatterijpakketten worden geassembleerd als flexibele buidelpakketten, terwijl andere gebruik maken van stevige koffers, beugels of op maat gemaakte behuizingen.

De mechanische montage kan het volgende omvatten:

• het sluiten van de batterijhouder;

• het repareren van het GBS;

• positioneren van de connector;

• het beveiligen van de draaduitgang;

• beugels installeren;

• labels toevoegen;

• het controleren van de totale afmetingen;

• het controleren van het voltooide gewicht.

Het productieteam moet het samengestelde pakket vergelijken met de goedgekeurde tekening.

Belangrijke inspectiepunten zijn onder meer:

• lengte, breedte en dikte;

• connectorpositie;

• kabeluitgangsrichting;

• sluiting van de zaak;

• blootliggende geleidende delen;

• labelpositie;

• oppervlakteconditie;

• montagegaten of beugels;

• interferentie met de beoogde apparaatbehuizing.

De uiteindelijke verpakkingsenvelop moet alle aangesloten onderdelen bevatten, niet alleen de batterijcellen.

10. Voer tijdens het proces elektrische controles uit

Elektrische controles moeten op de juiste momenten worden uitgevoerd in plaats van te wachten tot het volledige pakket klaar is.

Mogelijke controles tijdens het proces zijn onder meer:

• celspanning;

• polariteit van het pakket;

• continuïteit van serieschakeling;

• voorwaarde voor parallelle groepen;

• draadcontinuïteit;

• pin-out van connector;

• GBS-verbinding;

• aansluiting temperatuursensor;

• isolatieconditie;

• onverwachte kortsluiting of open circuit.

Vroegtijdige controles helpen problemen op te sporen voordat extra isolatie, behuizingsmontage of etikettering het oplossen van problemen moeilijker maakt.

De acceptatiecriteria moeten gebaseerd zijn op de goedgekeurde specificatie en testmethode. De resultaten moeten worden vastgelegd wanneer het project traceerbaarheid op batchniveau vereist.

11. Het voltooide pakket opladen en ontladen

Het voltooide batterijpakket moet worden geëvalueerd via het juiste laad- en ontlaadproces.

Afhankelijk van het project kan het testen het volgende omvatten:

• laadgedrag;

• ontladingsprestaties;

• capaciteit;

• spanningsstabiliteit;

• beschermingsreactie;

• temperatuurgedrag;

• huidige capaciteit;

• communicatiefunctie;

• afsnijdingsgedrag.

De testomstandigheden moeten worden gedocumenteerd. De resultaten kunnen worden beïnvloed door:

• laad- en ontlaadstroom;

• omgevingstemperatuur;

• uitschakelspanning;

• rusttijd;

• meetapparatuur;

• testduur;

• GBS-instellingen.

Een capaciteitsnummer zonder testomstandigheden is moeilijk te gebruiken voor leveranciersvergelijking. OEM-kopers moeten zich afvragen hoe het resultaat is gemeten en of de methode consistent is met de productvereiste.

De volledige testomvang hoort thuis in een apart accutestplan. Voor monstergoedkeuring moet het bestaande Aangepaste validatiechecklist voor batterijmonsters biedt een nuttig referentiemateriaal.

12. Voltooi de eindinspectie

De eindinspectie bevestigt dat het voltooide accupakket voldoet aan de goedgekeurde specificatie en kan worden vrijgegeven voor verzending of integratie.

Een eindinspectie kan betrekking hebben op:

Elektrisch

• spanning;

• polariteit;

• capaciteit of afvoerresultaat;

• beschermingsfunctie;

• continuïteit van de connector;

• BMS of communicatiefunctie indien van toepassing.

Mechanisch

• afmetingen;

• gewicht;

• toestand van de behuizing;

• connectorpositie;

• kabelgeleiding;

• isolatie;

• fixeren en vasthouden.

Verschijning

• oppervlakteconditie;

• etiketten;

• markeringen;

• zichtbare schade;

• blootgestelde geleidende gebieden;

• staat van verpakking.

Documentatie

• batchnummer;

• testrecord;

• traceerbaarheid van materialen;

• goedgekeurde tekening;

• inspectierapport;

• verzendinformatie.

Bij de eindinspectie moeten gedefinieerde acceptatiecriteria worden gebruikt in plaats van uitsluitend een subjectief visueel oordeel.

13. Handhaaf de traceerbaarheid en procesconsistentie

OEM-productie vereist meer dan het maken van één acceptabel monster. De leverancier moet het goedgekeurde ontwerp voor alle productiebatches kunnen herhalen.

Nuttige traceerbaarheidsinformatie kan het volgende omvatten:

• celbatch;

• BMS- of PCM-model;

• connectorbatch;

• productiedatum;

• assemblagelijn of werkorder;

• operator- of stationrecord;

• testresultaten;

• geschiedenis van technische veranderingen;

• verzending batch.

Procesconsistentie hangt af van de beheersing van:

• goedgekeurde materialen;

• armaturen;

• las- of verbindingsparameters;

• draadgeleiding;

• inspectiestappen;

• testapparatuur;

• software- of BMS-instellingen;

• verpakking en etikettering.

Als een onderdeel of proces moet worden gewijzigd, moet de wijziging worden beoordeeld op het effect ervan op spanning, stroom, afmetingen, bescherming, opladen en nalevingsvereisten.

14. Productieproces voor prototype, pilot en massaproductie

De fysieke assemblagestappen kunnen in alle productiefasen vergelijkbaar zijn, maar de controlevereisten worden formeler naarmate het volume toeneemt.

Productie van prototypes

De productie van prototypen richt zich op:

• bevestiging van mechanische pasvorm;

• bedrading en pin-out controleren;

• valideren van het GBS;

• het identificeren van ontwerpproblemen;

• het testen van de batterij in het apparaat.

Proefproductie

Pilotproductie richt zich op:

• het verifiëren van de herhaalbaarheid;

• het controleren van montagebevestigingen;

• het bevestigen van inspectiemethoden;

• het bevestigen van de materiaalaanvoer;

• het identificeren van procesvariatie;

• het verbeteren van werkinstructies.

Massaproductie

Massaproductie vereist:

• stabiele materiaalbronnen;

• gecontroleerde werkinstructies;

• herhaalbare armaturen;

• gedefinieerde procesparameters;

• inspectiegegevens;

• traceerbaarheid van batches;

• wijzigingscontrole;

• criteria voor verzendingsvrijgave.

Dit procesperspectief verschilt van de algemene OEM-projectmanagementfasen die worden besproken in Van prototype tot massaproductie: op maat gemaakte batterijontwikkelingsfasen . Het productieproces richt zich op de manier waarop het goedgekeurde batterijpakket fysiek wordt geassembleerd en gecontroleerd in elke productiefase.

15. Belangrijke kwaliteitscontrolepunten

16. Vragen die OEM-kopers aan een batterijfabrikant moeten stellen

Voordat u een leverancier goedkeurt, vraagt ​​u zich af:

1. Hoe worden binnenkomende cellen geïnspecteerd?

2. Hoe worden cellen op elkaar afgestemd voor pakketten met meerdere cellen?

3. Welke verbindingsmethode wordt gebruikt voor het geselecteerde celtype?

4. Hoe worden verbindingsparameters gecontroleerd?

5. Hoe worden BMS-, PCM-, NTC- en communicatiedraden geverifieerd?

6. Hoe wordt de polariteit van de connector gecontroleerd?

7. Hoe worden afmetingen en kabelposities gecontroleerd?

8. Welke elektrische tests worden uitgevoerd op voltooide pakketten?

9. Hoe worden productiebatches getraceerd?

10. Hoe worden materiaal- of proceswijzigingen goedgekeurd?

11. Hoe wordt het goedgekeurde monster overgebracht naar massaproductie?

12. Welke gegevens zijn beschikbaar voor vrijgave van zendingen?

Deze vragen helpen een leverancier die een batterijpakket kan assembleren te onderscheiden van een leverancier die herhaalbare OEM-productie kan ondersteunen.

Veel voorkomende productieproblemen

Celmodellen worden zonder goedkeuring gewijzigd

Een visueel vergelijkbare cel kan een andere capaciteit, weerstand, stroomcapaciteit of afmetingen hebben. Elke vervanging moet vóór productie worden beoordeeld.

Het GBS is geïnstalleerd met onjuiste bedrading

Onjuiste celtap- of polariteitsverbindingen kunnen de bewaking en bescherming beïnvloeden. De bedrading moet worden gecontroleerd aan de hand van de goedgekeurde tekening.

De connectorpositie verandert tussen batches

Een kleine wijziging in de kabeluitgang kan ervoor zorgen dat het pakket niet op het hostapparaat past. Positie en lengte moeten worden gecontroleerd als productieafmetingen.

Isolatie wordt beschouwd als een uiterlijk detail

Isolatie maakt deel uit van het elektrische en mechanische beveiligingssysteem. Het moet worden geïnspecteerd als een functionele productievereiste.

Er worden alleen tests uitgevoerd op het eerste monster

Massaproductieverpakkingen vereisen herhaalbare inspecties en tests. Eén succesvol prototype bewijst nog geen batchconsistentie.

Proceswijzigingen worden niet gedocumenteerd

Niet-geregistreerde wijzigingen aan cellen, draden, connectoren, armaturen of GBS-instellingen kunnen verschillen veroorzaken tussen goedgekeurde monsters en geleverde pakketten.

Veelgestelde vragen

Wat is de eerste stap bij de productie van lithium-ionbatterijen?

De eerste stap is het vrijgeven en beoordelen van de goedgekeurde batterijspecificatie, inclusief celmodel, configuratie, spanning, capaciteit, beveiligingssysteem, connector, afmetingen en testvereisten.

Hoe worden de cellen voorbereid vóór de montage van het batterijpakket?

Cellen kunnen worden geïnspecteerd, gesorteerd en op elkaar afgestemd op basis van spanning, capaciteit, weerstand, afmetingen, batch en andere goedgekeurde criteria voordat ze in de pakketconfiguratie worden geplaatst.

Hoe worden lithium-ionbatterijcellen in een pakket met elkaar verbonden?

De aansluitmethode is afhankelijk van het celtype, de pakketstructuur, de huidige vereisten en het productieontwerp. De fabrikant moet een gecontroleerd verbindingsproces gebruiken en de voltooide verbindingen inspecteren.

Wat is de rol van het BMS tijdens de productie van accupakketten?

Het BMS of PCM is in het pakket geïntegreerd om de vereiste beveiligings- of beheerfuncties te bieden. Het bordmodel, de bedrading, sensoraansluitingen, pin-out en instellingen moeten overeenkomen met het goedgekeurde batterijontwerp.

Welke tests worden er uitgevoerd na de montage van het batterijpakket?

Afhankelijk van het project kan het testen betrekking hebben op spanning, polariteit, continuïteit, capaciteit, laad- en ontlaadprestaties, beveiligingsreactie, temperatuurgedrag, connectorfunctie en communicatiecontroles.

Hoe verschilt de productie van OEM-batterijpakketten van de standaardbatterijassemblage?

Voor OEM-productie zijn mogelijk aangepaste afmetingen, celconfiguratie, BMS, kabel, connector, behuizing, testen en documentatie vereist. Het vereist ook een consistente reproductie van het goedgekeurde monster over de productiebatches heen.

Conclusie

Het productieproces van lithium-ionbatterijen combineert goedgekeurde technische vereisten met herhaalbare fysieke assemblage en kwaliteitscontrole.

Een betrouwbaar OEM-proces moet binnenkomende materialen, celmatching, celopstelling, elektrische verbindingen, BMS-integratie, bedrading, isolatie, mechanische verpakking, testen, traceerbaarheid en vrijgave van verzending controleren. Elke fase kan de spanning, capaciteit, huidige prestaties, pasvorm en betrouwbaarheid van het voltooide pakket beïnvloeden.

OEM-kopers moeten vóór massaproductie zowel het assemblageproces als het kwaliteitscontrolesysteem van de leverancier beoordelen. Voor projecten die aangepaste cellen, pakketafmetingen, BMS, connectoren of productietests vereisen, kunt u contact opnemen met ZERNE voor ondersteuning bij de productie van aangepaste lithiumbatterijpakketten.