Proces produkcji akumulatorów litowo-jonowych dla projektów OEM

Zestaw akumulatorów litowo-jonowych to system składający się z ogniw, połączeń elektrycznych, elementów zabezpieczających, przewodów, złączy, izolacji i opakowań mechanicznych. W przypadku projektów OEM proces produkcyjny musi zapewniać spójność tych elementów od zatwierdzonej próbki aż po masową produkcję.

Proces ten różni się od wytwarzania pojedynczych ogniw akumulatorowych. Produkcja ogniw obejmuje procesy wytwarzania elektrod, elektrolitów i ogniw. Produkcja akumulatorów rozpoczyna się po wybraniu wymaganego typu ogniwa, napięcia, pojemności, obciążalności prądowej, wymiarów i architektury zabezpieczeń.

Kontrolowany Rozwiązanie do produkcji akumulatorów litowych powinno łączyć wymagania inżynieryjne z powtarzalnym montażem, kontrolą i testowaniem. Dokładna kolejność może się różnić w zależności od formatu opakowania, typu ogniwa, zapotrzebowania na prąd, konfiguracji BMS i projektu obudowy.

Szybka odpowiedź: Na czym polega proces produkcji akumulatorów litowo-jonowych?

Typowy proces produkcji zestawu akumulatorów litowo-jonowych obejmuje:

1. Przeglądanie zatwierdzonej specyfikacji akumulatora OEM.

2. Kontrola przychodzących ogniw, BMS lub PCM, przewodów, złączy i materiałów mechanicznych.

3. Sortowanie i dopasowywanie komórek zgodnie z wymaganiami pakietu.

4. Układanie ogniw w zatwierdzoną konfigurację szeregową i równoległą.

5. Łączenie ogniw przy użyciu określonej metody spawania lub połączenia elektrycznego.

6. Instalacja BMS, PCM, elementów zabezpieczających i wiązek przewodów.

7. Dodawanie izolacji, przekładek, materiałów mocujących i zabezpieczeń mechanicznych.

8. Instalowanie złącza, obudowy lub niestandardowej konstrukcji opakowania.

9. Wykonywanie przeglądów elektrycznych, mechanicznych i wizualnych.

10. Ładowanie, rozładowywanie i testowanie kompletnego zestawu akumulatorów.

11. Rejestrowanie wyników, sprawdzanie identyfikowalności i wydawanie zakwalifikowanych paczek do wysyłki.

Najważniejszą zasadą jest konsekwencja. Każde opakowanie produkcyjne powinno być zgodne z zatwierdzonym projektem, materiałami, parametrami procesu i wymogami kontroli.

1. Opublikuj zatwierdzoną specyfikację zestawu akumulatorów

Produkcja powinna rozpocząć się od kontrolowanej specyfikacji, a nie od nieformalnego żądania.

Specyfikacja produkcji zwykle definiuje:

Specyfikacja powinna określać, które wartości są ostateczne, które stanowią zatwierdzone tolerancje i które wymagają potwierdzenia podczas pobierania próbek.

Szersze wyjaśnienie, w jaki sposób wymagania te są definiowane przed rozpoczęciem produkcji, zob Konstrukcja akumulatora litowo-jonowego: napięcie, pojemność, BMS i czas pracy.

2. Sprawdź przychodzące materiały

Przed montażem producent powinien sprawdzić materiały otrzymane do produkcji.

Typowe materiały przychodzące obejmują:

• ogniwa akumulatorowe;

• tablice PCM lub BMS;

• przewody i zespoły kablowe;

• złącza;

• paski niklowe lub inne zatwierdzone materiały łączące;

• arkusze izolacyjne;

• separatory i folie ochronne;

• futerały, wsporniki lub obudowy niestandardowe;

• etykiety i materiały opakowaniowe.

Kontrola przychodząca może zweryfikować:

• model i specyfikacja;

• ilość;

• widoczne uszkodzenia;

• wymiary;

• stan elektryczny;

• typ złącza;

• długość i polaryzacja przewodu;

• informacje o partii lub partii;

• dokumentacja dostawcy.

Zestaw akumulatorów nie może być bardziej spójny niż materiały wprowadzane do procesu. Zmiany modeli ogniw, zamiany złączy lub niezatwierdzone zmiany w BMS powinny być kontrolowane w ramach procesu zmian inżynieryjnych.

3. Sprawdź, posortuj i dopasuj komórki

Konsystencja ogniw jest szczególnie ważna w przypadku akumulatorów wieloogniwowych.

Przed montażem ogniwa można sprawdzić i pogrupować zgodnie z zatwierdzonymi wymaganiami produkcyjnymi. W zależności od projektu opakowania proces dopasowywania może uwzględniać:

• woltaż;

• pojemność;

• opór wewnętrzny;

• wymiary fizyczne;

• partia produkcyjna;

• stan widoczny;

• wyniki testów elektrycznych.

Dopasowanie zmniejsza ryzyko, że jedna komórka zachowa się zupełnie inaczej niż pozostałe komórki w tym samym pakiecie. Różnice między ogniwami mogą wpływać na zrównoważenie, użyteczną pojemność, zachowanie napięcia i długoterminową spójność.

W przypadku akumulatorów cylindrycznych dopasowanie ogniw jest szczególnie istotne, gdy kilka ogniw jest połączonych szeregowo lub równolegle. Dokładne limity przesiewowe i kryteria akceptacji powinny zostać określone przez producenta dla wybranego modelu ogniwa i zastosowania.

Dopasowanie komórek nie jest tym samym, co obliczenie pojemności opakowania. Obliczenia wydajności i czasu pracy należy wykonać już na etapie projektowania, natomiast dopasowanie to czynność produkcyjno-kontrolna, polegająca na sprawdzeniu, czy wybrane ogniwa nadają się do montażu.

4. Ułóż komórki w zatwierdzonej konfiguracji

Po sprawdzeniu i dopasowaniu komórek, komórki są układane zgodnie z zatwierdzoną konfiguracją pakietu.

Układ określa:

• napięcie wyjściowe;

• dostępna pojemność;

• wymiary opakowania;

• bieżąca ścieżka;

• układ termiczny;

• punkty podłączenia BMS;

• równowagę mechaniczną.

Uchwyt montażowy powinien zachować prawidłowe położenie ogniw i odstępy podczas łączenia. Powinien także zapobiegać ruchom, które mogłyby uszkodzić powierzchnię ogniwa, izolację lub prowadzenie przewodów.

W przypadku pakietów wykorzystujących połączenia szeregowe i równoległe, rozmieszczenie musi być zgodne z zatwierdzonym rysunkiem elektrycznym. Błąd konfiguracji może mieć wpływ na napięcie pakietu, pojemność, ustawienia zabezpieczeń i kompatybilność ładowarki.

Ogólną różnicę między układami szeregowymi i równoległymi wyjaśniono w Zestawy akumulatorów szeregowe a równoległe . Podczas produkcji priorytetem jest dokładne i spójne odtworzenie zatwierdzonej konfiguracji.

5. Połącz komórki

Ogniwa należy połączyć metodą odpowiednią do formatu ogniwa, zapotrzebowania na prąd i struktury opakowania.

Proces łączenia może obejmować:

• przygotowanie listew przyłączeniowych lub zacisków;

• pozycjonowanie ogniw w uchwycie;

• wykonanie zatwierdzonego przyłącza elektrycznego;

• wizualne sprawdzenie połączenia;

• sprawdzenie ciągłości elektrycznej;

• chroniąc ogniwo i obszar połączenia.

W przypadku ogniw cylindrycznych można zastosować proces spawania z zatwierdzonymi materiałami łączącymi i kontrolowanymi parametrami. W przypadku opakowań z ogniwami kieszeniowymi zespół może obejmować wypustki, płyty zabezpieczające, elastyczne przewody, izolację i mocowania mechaniczne.

Konkretny sposób podłączenia powinien zostać wybrany przez producenta akumulatora na podstawie:

• projekt terminala komórkowego;

• wymagany prąd;

• rezystancja połączenia;

• wytrzymałość mechaniczna;

• wpływ termiczny;

• powtarzalność produkcji;

• dostępna przestrzeń.

Zespół produkcyjny powinien kontrolować parametry połączeń i sprawdzać wykonane złącza. Połączenie, które wizualnie wydaje się akceptowalne, może nadal wymagać weryfikacji elektrycznej lub mechanicznej.

6. Zainstaluj PCM, BMS i komponenty zabezpieczające

Po podłączeniu ogniwa komponenty ochrony i zarządzania są zintegrowane w pakiecie.

W zależności od projektu pakiet może zawierać:

• PCM;

• BMS;

• czujnik temperatury NTC;

• bezpiecznik;

• komponenty wykrywające prąd;

• interfejs komunikacyjny;

• obwód równoważący;

• ochrona ładowania i rozładowania.

Wybór odpowiedniego komponentu zależy od konfiguracji ogniwa, wymagań prądowych, ładowarki i urządzenia głównego.

Proces produkcyjny powinien kontrolować:

• model deski;

• orientacja planszy;

• kolejność podłączenia przewodu;

• biegunowość;

• lokalizacja czujnika;

• izolacja wokół płyty;

• układ pinów złącza;

• programowanie lub konfiguracja, jeśli ma to zastosowanie.

Nieprawidłowe okablowanie między pakietem wieloogniwowym a systemem BMS może mieć wpływ na monitorowanie i ochronę ogniw. Z tego powodu model płytki i schemat połączeń powinien być zawarty w zatwierdzonej dokumentacji produkcyjnej.

Rozróżnienie pomiędzy prostszą ochroną a bardziej zaawansowanymi funkcjami zarządzania wyjaśniono w PCM kontra BMS dla akumulatorów LiPo.

7. Zamontuj wiązkę przewodów i złącze

Wiązka przewodów łączy akumulator z urządzeniem głównym, ładowarką lub zewnętrznym systemem zarządzania.

Proces montażu może obejmować:

• docięcie drutów na określoną długość;

• ściąganie izolacji i zakańczanie przewodów;

• podłączenie złącza;

• poprowadzenie kabla;

• dodanie odciążenia;

• sprawdzenie polaryzacji;

• zabezpieczenie wyjścia drutu;

• w razie potrzeby oddzielając przewody zasilające i sygnałowe.

Producent powinien kontrolować:

• miernik drutu;

• długość drutu;

• model złącza;

• przypisanie pinów;

• pozycja wyjścia kabla;

• zaciskanie końcówek lub jakość połączenia;

• izolacja;

• promień zgięcia;

• odciążenie.

Złącze, które jest odpowiednie pod względem elektrycznym, może nadal powodować problemy montażowe, jeśli kabel wychodzi w złym kierunku lub nie pasuje do obudowy urządzenia.

Szczegółowe kryteria wyboru elektrycznego i mechanicznego opisano w Jak wybrać złącze dla niestandardowego zestawu baterii litowych.

8. Zastosuj izolację i ochronę mechaniczną

Izolacja chroni ogniwa, punkty połączeń, BMS i przewody przed niezamierzonym kontaktem i uszkodzeniami mechanicznymi.

W zależności od formatu baterii w zestawie można zastosować:

• folia izolacyjna;

• izolacja klejąca;

• separatory;

• rękawy ochronne;

• pianka lub amortyzacja;

• papier izolacyjny;

• materiały termokurczliwe;

• niestandardowe obudowy lub wsporniki.

Projekt izolacji powinien zapobiegać:

• kontakt między częściami przewodzącymi;

• ruch komórek;

• uszkodzenie punktów połączeń;

• ścieranie drutu;

• kontakt pomiędzy pakietem a elementami obudowy;

• nadmierny nacisk na komórki torebki.

Ochrona mechaniczna musi być starannie wyważona. Akumulator powinien być bezpiecznie trzymany, ale obudowa nie powinna powodować nadmiernego ściskania ani ograniczać wymaganego prześwitu pakietu.

W przypadku produktów o ograniczonej przestrzeni na akumulator należy sprawdzić opakowanie pod kątem odpowiednich parametrów wymagania projektowe komory baterii.

9. Zainstaluj obudowę lub niestandardową strukturę pakietu

Niektóre akumulatory litowo-jonowe są montowane w postaci elastycznych torebek, podczas gdy inne wykorzystują sztywne obudowy, wsporniki lub niestandardowe obudowy.

Zespół mechaniczny może obejmować:

• zamknięcie obudowy baterii;

• naprawa BMS-u;

• umiejscowienie złącza;

• zabezpieczenie wyjścia drutu;

• instalowanie wsporników;

• dodawanie etykiet;

• sprawdzenie wymiarów całkowitych;

• sprawdzenie gotowej masy.

Zespół produkcyjny powinien porównać zmontowane opakowanie z zatwierdzonym rysunkiem.

Do ważnych punktów kontrolnych należą:

• długość, szerokość i grubość;

• pozycja złącza;

• kierunek wyjścia kabla;

• zamknięcie sprawy;

• odsłonięte części przewodzące;

• pozycja etykiety;

• stan powierzchni;

• otwory montażowe lub wsporniki;

• ingerencję w zamierzoną obudowę urządzenia.

Koperta końcowego opakowania powinna zawierać wszystkie dołączone elementy, a nie tylko ogniwa akumulatora.

10. Wykonaj kontrole elektryczne w trakcie procesu

Kontrole elektryczne należy przeprowadzać na odpowiednich etapach, a nie czekać, aż całe opakowanie zostanie ukończone.

Możliwe kontrole w trakcie procesu obejmują:

• napięcie ogniwa;

• polaryzacja opakowania;

• ciągłość połączenia szeregowego;

• warunek grupy równoległej;

• ciągłość drutu;

• układ pinów złącza;

• połączenie BMS;

• połączenie czujnika temperatury;

• stan izolacji;

• nieoczekiwane zwarcie lub przerwa w obwodzie.

Wczesne kontrole pomagają wykryć problemy, zanim dodatkowa izolacja, montaż obudowy lub oznakowanie utrudnią rozwiązywanie problemów.

Kryteria akceptacji powinny opierać się na zatwierdzonej specyfikacji i metodzie badawczej. Wyniki należy rejestrować, jeśli projekt wymaga identyfikowalności na poziomie partii.

11. Naładuj i rozładuj gotowy pakiet

Kompletny akumulator należy ocenić poprzez odpowiedni proces ładowania i rozładowywania.

W zależności od projektu testowanie może obejmować:

• zachowanie podczas ładowania;

• wydajność rozładowania;

• pojemność;

• stabilność napięcia;

• odpowiedź ochronna;

• zachowanie temperaturowe;

• aktualna zdolność;

• funkcja komunikacyjna;

• zachowanie odcięcia.

Warunki badania powinny być udokumentowane. Na wyniki mogą mieć wpływ:

• prąd ładowania i rozładowania;

• temperatura otoczenia;

• napięcie odcięcia;

• czas odpoczynku;

• sprzęt pomiarowy;

• czas trwania testu;

• Ustawienia BMS-a.

Liczba wydajności bez warunków testowych jest trudna do wykorzystania w celu porównania dostawców. Nabywcy OEM powinni zapytać, w jaki sposób zmierzono wynik i czy metoda jest zgodna z wymaganiami produktu.

Pełny zakres testów objęty jest oddzielnym planem testowania zestawu akumulatorów. Do zatwierdzenia próbki istniejące niestandardowa lista kontrolna sprawdzania próbek baterii stanowi przydatne odniesienie.

12. Przeprowadź kontrolę końcową

Kontrola końcowa potwierdza, że ​​kompletny zestaw akumulatorów jest zgodny z zatwierdzoną specyfikacją i może zostać dopuszczony do wysyłki lub integracji.

Kontrola końcowa może obejmować:

Elektryczny

• woltaż;

• biegunowość;

• wynik pojemności lub rozładowania;

• funkcja zabezpieczająca;

• ciągłość złącza;

• BMS lub funkcja komunikacyjna, jeśli ma to zastosowanie.

Mechaniczny

• wymiary;

• waga;

• stan obudowy;

• pozycja złącza;

• prowadzenie kabli;

• izolacja;

• utrwalanie i utrzymywanie.

Wygląd

• stan powierzchni;

• etykiety;

• znakowania;

• widoczne uszkodzenia;

• odsłonięte obszary przewodzące;

• stan opakowania.

Dokumentacja

• numer partii;

• zapis testu;

• identyfikowalność materiału;

• zatwierdzony rysunek;

• raport z inspekcji;

• informacje o przesyłce.

Podczas kontroli końcowej należy zastosować określone kryteria akceptacji, a nie wyłącznie subiektywną ocenę wizualną.

13. Utrzymuj identyfikowalność i spójność procesu

Produkcja OEM wymaga czegoś więcej niż tylko wyprodukowania jednej akceptowalnej próbki. Dostawca powinien mieć możliwość powtórzenia zatwierdzonego projektu w każdej partii produkcyjnej.

Przydatne informacje dotyczące identyfikowalności mogą obejmować:

• partia komórek;

• model BMS lub PCM;

• partia złączy;

• data produkcji;

• linia montażowa lub zlecenie pracy;

• rekord operatora lub stacji;

• wyniki testów;

• historia zmian inżynieryjnych;

• partia przesyłki.

Spójność procesu zależy od kontroli:

• zatwierdzone materiały;

• oprawy;

• parametry spawania lub połączenia;

• prowadzenie przewodów;

• etapy inspekcji;

• sprzęt testowy;

• ustawienia oprogramowania lub BMS;

• pakowanie i etykietowanie.

Jeżeli konieczna jest zmiana komponentu lub procesu, należy sprawdzić zmianę pod kątem jej wpływu na wymagania dotyczące napięcia, prądu, wymiarów, ochrony, ładowania i zgodności.

14. Proces produkcyjny dla produkcji prototypowej, pilotażowej i masowej

Fizyczne etapy montażu mogą być podobne na wszystkich etapach produkcji, ale wymagania kontrolne stają się bardziej formalne wraz ze wzrostem wielkości.

Produkcja prototypów

Produkcja prototypów koncentruje się na:

• potwierdzenie dopasowania mechanicznego;

• sprawdzenie okablowania i układu pinów;

• walidacja BMS;

• identyfikowanie problemów projektowych;

• testowanie baterii w urządzeniu.

Produkcja pilotażowa

Produkcja pilotażowa skupia się na:

• weryfikacja powtarzalności;

• sprawdzenie osprzętu montażowego;

• potwierdzanie metod kontroli;

• potwierdzenie dostaw materiałów;

• identyfikowanie zmienności procesu;

• doskonalenie instrukcji pracy.

Produkcja masowa

Produkcja masowa wymaga:

• stabilne źródła materialne;

• kontrolowane instrukcje pracy;

• powtarzalne oprawy;

• zdefiniowane parametry procesu;

• zapisy z inspekcji;

• identyfikowalność partii;

• zmienić kontrolę;

• kryteria zwolnienia przesyłki.

Ta perspektywa procesu różni się od ogólnych etapów zarządzania projektem OEM omówionych w Od prototypu do produkcji masowej: etapy opracowywania baterii niestandardowych . Proces produkcyjny koncentruje się na fizycznym montażu zatwierdzonego zestawu akumulatorów i kontrolowaniu go na każdym etapie produkcji.

15. Kluczowe punkty kontrolne jakości

16. Pytania, które kupujący OEM powinni zadać producentowi baterii

Przed zatwierdzeniem dostawcy zapytaj:

1. W jaki sposób sprawdzane są przychodzące komórki?

2. W jaki sposób komórki są dopasowywane do pakietów wielokomórkowych?

3. Jaka metoda połączenia jest używana dla wybranego typu komórki?

4. Jak kontrolowane są parametry połączenia?

5. Jak sprawdzane są przewody BMS, PCM, NTC i komunikacyjne?

6. Jak sprawdzana jest polaryzacja złącza?

7. W jaki sposób kontrolowane są wymiary i położenie kabli?

8. Jakie testy elektryczne wykonuje się na gotowych opakowaniach?

9. W jaki sposób śledzone są partie produkcyjne?

10. W jaki sposób zatwierdzane są zmiany materiałowe lub procesowe?

11. W jaki sposób zatwierdzona próbka jest przekazywana do masowej produkcji?

12. Jakie zapisy są dostępne do zwolnienia przesyłki?

Pytania te pomagają odróżnić dostawcę, który może zmontować pakiet akumulatorów, od dostawcy, który może zapewnić powtarzalną produkcję OEM.

Typowe problemy produkcyjne

Modele ogniw są zmieniane bez zgody

Wizualnie podobne ogniwo może mieć różną pojemność, rezystancję, wydajność prądową lub wymiary. Wszelkie zamienniki należy sprawdzić przed rozpoczęciem produkcji.

BMS został zainstalowany z nieprawidłowym okablowaniem

Nieprawidłowe podłączenie ogniwa lub polaryzacja mogą mieć wpływ na monitorowanie i ochronę. Okablowanie należy sprawdzić w odniesieniu do zatwierdzonego rysunku.

Położenie złącza zmienia się pomiędzy partiami

Niewielka zmiana wyjścia kabla może uniemożliwić dopasowanie pakietu do urządzenia hosta. Położenie i długość należy kontrolować jako wymiary produkcyjne.

Izolacja traktowana jest jako szczegół wyglądu

Izolacja jest częścią systemu ochrony elektrycznej i mechanicznej. Należy to sprawdzić jako funkcjonalny wymóg produkcyjny.

Badanie przeprowadza się tylko na pierwszej próbce

Opakowania produkowane masowo wymagają powtarzalnych kontroli i testów. Jeden udany prototyp nie dowodzi spójności partii.

Zmiany w procesie nie są dokumentowane

Niezarejestrowane zmiany w ogniwach, przewodach, złączach, mocowaniach lub ustawieniach BMS mogą powodować różnice między zatwierdzonymi próbkami a dostarczonymi paczkami.

Często zadawane pytania

Jaki jest pierwszy krok w produkcji akumulatorów litowo-jonowych?

Pierwszym krokiem jest wydanie i sprawdzenie zatwierdzonej specyfikacji akumulatora, obejmującej model ogniwa, konfigurację, napięcie, pojemność, system zabezpieczeń, złącze, wymiary i wymagania testowe.

W jaki sposób przygotowuje się ogniwa przed montażem pakietu akumulatorów?

Ogniwa można sprawdzać, sortować i dopasowywać według napięcia, pojemności, rezystancji, wymiarów, partii i innych zatwierdzonych kryteriów przed ułożeniem ich w konfigurację pakietu.

W jaki sposób ogniwa akumulatorów litowo-jonowych są połączone w pakiecie?

Metoda połączenia zależy od typu ogniwa, struktury opakowania, wymagań prądowych i projektu produkcyjnego. Producent powinien zastosować kontrolowany proces łączenia i sprawdzić wykonane połączenia.

Jaka jest rola BMS podczas produkcji akumulatorów?

BMS lub PCM są zintegrowane z pakietem w celu zapewnienia wymaganej ochrony lub funkcji zarządzania. Model płytki, okablowanie, połączenia czujników, układ pinów i ustawienia muszą odpowiadać zatwierdzonemu projektowi akumulatora.

Jakie badania wykonuje się po złożeniu pakietu akumulatorów?

W zależności od projektu testowanie może obejmować napięcie, polaryzację, ciągłość, pojemność, wydajność ładowania i rozładowania, reakcję zabezpieczeń, zachowanie temperatury, działanie złącza i kontrole komunikacji.

Czym produkcja akumulatorów OEM różni się od standardowego montażu akumulatorów?

Produkcja OEM może wymagać niestandardowych wymiarów, konfiguracji ogniw, BMS, kabla, złącza, obudowy, testów i dokumentacji. Wymaga to również spójnego odtwarzania zatwierdzonej próbki we wszystkich seriach produkcyjnych.

Wniosek

Proces produkcji akumulatorów litowo-jonowych łączy zatwierdzone wymagania inżynieryjne z powtarzalnym montażem fizycznym i kontrolą jakości.

Niezawodny proces OEM powinien kontrolować przychodzące materiały, dopasowanie ogniw, rozmieszczenie ogniw, połączenia elektryczne, integrację z BMS, okablowanie, izolację, pakowanie mechaniczne, testowanie, identyfikowalność i zwolnienie przesyłki. Każdy etap może mieć wpływ na napięcie, pojemność, wydajność prądową, dopasowanie i niezawodność gotowego pakietu.

Nabywcy OEM powinni dokonać przeglądu zarówno procesu montażu, jak i systemu kontroli jakości dostawcy przed masową produkcją. W przypadku projektów wymagających niestandardowych ogniw, wymiarów opakowania, BMS, złączy lub testów produkcyjnych, skontaktuj się z firmą ZERNE, aby uzyskać wsparcie w zakresie produkcji niestandardowych akumulatorów litowych.