Procesul de fabricație a pachetului de baterii litiu-ion pentru proiecte OEM

Un pachet de baterii litiu-ion este un sistem realizat din celule, conexiuni electrice, componente de protecție, fire, conectori, izolație și ambalaj mecanic. Pentru proiectele OEM, procesul de fabricație trebuie să păstreze aceste elemente consistente din eșantionul aprobat prin producția de masă.

Procesul este diferit de fabricarea celulelor individuale ale bateriei. Fabricarea celulelor implică electrozi, electroliți și procese de formare a celulelor. Fabricarea pachetului de baterii începe după ce au fost selectate tipul de celulă, tensiunea, capacitatea, capacitatea de curent, dimensiunile și arhitectura de protecție necesare.

Un controlat Soluția de producție a pachetului de baterii cu litiu ar trebui să conecteze cerințele de inginerie cu asamblarea, inspecția și testarea repetabilă. Secvența exactă poate varia în funcție de formatul pachetului, tipul celulei, cererea curentă, configurația BMS și designul carcasei.

Răspuns rapid: Care este procesul de fabricație a pachetului de baterii litiu-ion?

Un proces tipic de fabricare a unui pachet de baterii litiu-ion include:

1. Revizuirea specificațiilor bateriei OEM aprobate.

2. Inspectarea celulelor de intrare, BMS sau PCM, fire, conectori și materiale mecanice.

3. Sortarea și potrivirea celulelor în funcție de cerințele pachetului.

4. Aranjarea celulelor în configurația de serie și paralelă aprobată.

5. Conectarea celulelor utilizând metoda specificată de sudare sau conectare electrică.

6. Instalarea BMS, PCM, componente de protecție și cablaj.

7. Adăugarea de izolație, separatoare, materiale de fixare și protecție mecanică.

8. Instalarea conectorului, carcasei sau structurii pachetului personalizat.

9. Efectuarea de inspecții electrice, mecanice și de aspect.

10. Încărcarea, descărcarea și testarea acumulatorului complet.

11. Înregistrarea rezultatelor, verificarea trasabilității și eliberarea pachetelor calificate pentru expediere.

Cel mai important principiu este consecvența. Fiecare pachet de producție trebuie să respecte designul, materialele, parametrii de proces și cerințele de inspecție aprobate.

1. Eliberați specificația pentru pachetul de baterii aprobat

Fabricarea ar trebui să înceapă cu o specificație controlată, mai degrabă decât cu o solicitare informală.

Specificația de producție definește în mod normal:

Specificația ar trebui să identifice care sunt valorile finale, care sunt toleranțe aprobate și care necesită confirmare în timpul prelevării.

Pentru o explicație mai amplă a modului în care aceste cerințe sunt definite înainte de fabricație, a se vedea Design pachet baterie litiu-ion: tensiune, capacitate, BMS și timp de funcționare.

2. Inspectați materialele primite

Înainte de asamblare, producătorul trebuie să inspecteze materialele primite pentru producție.

Materialele tipice primite includ:

• celule de baterie;

• placi PCM sau BMS;

• fire și ansambluri de cabluri;

• conectori;

• benzi de nichel sau alte materiale de conectare aprobate;

• foi de izolare;

• separatoare și folii de protecție;

• carcase, suporturi sau carcase personalizate;

• etichete și materiale de ambalare.

Inspecția de intrare poate verifica:

• model și specificație;

• cantitate;

• daune vizibile;

• dimensiuni;

• starea electrica;

• tip conector;

• lungimea firului și polaritatea;

• informații despre lot sau lot;

• documentația furnizorului.

Un pachet de baterii nu poate fi mai consistent decât materialele care intră în proces. Modificările modelului de celule, înlocuirile de conector sau modificările BMS neaprobate ar trebui controlate printr-un proces de modificare inginerească.

3. Inspectați, sortați și potriviți celulele

Consistența celulei este deosebit de importantă pentru bateriile cu mai multe celule.

Înainte de asamblare, celulele pot fi verificate și grupate conform cerințelor de producție aprobate. În funcție de designul pachetului, procesul de potrivire poate lua în considerare:

• Voltaj;

• capacitate;

• rezistență internă;

• dimensiuni fizice;

• lot de producție;

• stare vizibilă;

• rezultatele testelor electrice.

Potrivirea reduce riscul ca o celulă să se comporte foarte diferit de celelalte celule din același pachet. Diferențele dintre celule pot afecta echilibrarea, capacitatea utilizabilă, comportamentul tensiunii și consistența pe termen lung.

Pentru bateriile cilindrice, potrivirea celulelor este deosebit de relevantă atunci când mai multe celule sunt conectate în serie sau în paralel. Limitele exacte de screening și criteriile de acceptare ar trebui definite de către producător pentru modelul și aplicația de celulă selectate.

Potrivirea celulelor nu este același lucru cu calcularea capacității pachetului. Calculele privind capacitatea și timpul de rulare ar trebui să fie finalizate în timpul etapei de proiectare, în timp ce potrivirea este o activitate de control al producției care verifică dacă celulele selectate sunt adecvate pentru asamblare.

4. Aranjați celulele în configurația aprobată

După inspecția și potrivirea celulelor, celulele sunt aranjate conform configurației aprobate a pachetului.

Aranjamentul determină:

• tensiune de ieșire;

• capacitatea disponibilă;

• dimensiunile pachetului;

• calea curentului;

• amenajare termică;

• puncte de conectare BMS;

• echilibru mecanic.

Dispozitivul de asamblare trebuie să mențină poziția și distanța corectă a celulei în timpul conexiunii. De asemenea, ar trebui să prevină mișcarea care ar putea deteriora suprafața celulei, izolația sau traseul firelor.

Pentru pachetele care utilizează conexiuni în serie și paralele, amenajarea trebuie să respecte desenul electric aprobat. O eroare de configurare poate afecta tensiunea pachetului, capacitatea, setările de protecție și compatibilitatea încărcătorului.

Diferența generală dintre aranjamentele în serie și paralele este explicată în Seria vs. Baterii paralele . În timpul producției, prioritatea este de a reproduce configurația aprobată cu acuratețe și consecvență.

5. Conectați celulele

Celulele trebuie conectate folosind o metodă potrivită pentru formatul celulei, cererea curentă și structura pachetului.

Procesul de conectare poate implica:

• pregătirea benzilor sau bornelor de conectare;

• poziționarea celulelor într-un dispozitiv de fixare;

• realizarea conexiunii electrice aprobate;

• verificarea vizuală a conexiunii;

• verificarea continuitatii electrice;

• protejarea celulei și a zonei de conectare.

Pentru celulele cilindrice, un proces de sudare poate fi utilizat cu materiale de conectare aprobate și parametri controlați. Pentru pachetele cu celule de pungă, asamblarea poate implica urechi, plăci de protecție, fire flexibile, izolație și dispozitive mecanice.

Metoda de conectare specifică trebuie selectată de producătorul bateriei pe baza:

• proiectarea terminalului celular;

• curent necesar;

• rezistența conexiunii;

• rezistenta mecanica;

• impact termic;

• repetabilitatea producției;

• spatiu disponibil.

Echipa de producție ar trebui să controleze parametrii de conectare și să inspecteze îmbinările finalizate. O conexiune care pare acceptabilă din punct de vedere vizual poate necesita în continuare verificare electrică sau mecanică.

6. Instalați PCM, BMS și componentele de protecție

După conectarea celulei, componentele de protecție și management sunt integrate în pachet.

În funcție de proiect, pachetul poate include:

• PCM;

• BMS;

• Senzor de temperatură NTC;

• siguranța;

• componente de detectare a curentului;

• interfata de comunicare;

• circuit de echilibrare;

• protecție la încărcare și descărcare.

Componenta corectă depinde de configurația celulei, cerințele curente, încărcător și dispozitivul gazdă.

Procesul de fabricație trebuie să controleze:

• model de bord;

• orientarea bordului;

• comanda de conectare a firului;

• polaritate;

• locația senzorului;

• izolație în jurul plăcii;

• pinout conector;

• programare sau configurare, acolo unde este cazul.

Cablarea incorectă între un pachet cu mai multe celule și BMS poate afecta monitorizarea și protecția celulelor. Din acest motiv, modelul plăcii și schema de cablare ar trebui incluse în documentația de producție aprobată.

Distincția dintre protecția mai simplă și funcțiile de management mai avansate este explicată în PCM vs. BMS pentru baterii LiPo.

7. Asamblați cablajul și conectorul

Cablul de cablu conectează acumulatorul la dispozitivul gazdă, încărcătorul sau sistemul de management extern.

Procesul de asamblare poate include:

• tăierea firelor la lungimea specificată;

• decuparea și terminarea firelor;

• atașarea conectorului;

• dirijarea cablului;

• adăugarea de reducere a tensiunii;

• verificarea polarității;

• asigurarea ieșirii firului;

• separând firele de putere și de semnal acolo unde este necesar.

Producătorul ar trebui să controleze:

• gabarit de sârmă;

• lungimea firului;

• model de conector;

• alocarea pinului;

• poziția de ieșire a cablului;

• sertizarea terminalelor sau calitatea conexiunii;

• izolare;

• raza de curbură;

• ameliorarea tensiunii.

Un conector care este adecvat din punct de vedere electric poate cauza în continuare o problemă de asamblare dacă cablul iese în direcția greșită sau nu se potrivește cu carcasa dispozitivului.

Criteriile de selecție electrice și mecanice detaliate sunt acoperite în Cum să alegeți un conector pentru un pachet personalizat de baterii cu litiu.

8. Aplicați izolație și protecție mecanică

Izolația protejează celulele, punctele de conectare, BMS și firele de contact neintenționat și deteriorări mecanice.

În funcție de formatul bateriei, ansamblul poate utiliza:

• folie izolatoare;

• izolatie adeziva;

• separatoare;

• mâneci de protecție;

• spumă sau amortizare;

• hârtie izolatoare;

• materiale termocontractabile;

• carcase sau suporturi personalizate.

Designul izolației ar trebui să prevină:

• contactul dintre părțile conductoare;

• mișcarea celulelor;

• deteriorarea punctelor de conectare;

• abraziunea firului;

• contactul dintre pachet și componentele carcasei;

• presiune excesivă asupra celulelor pungii.

Protecția mecanică trebuie echilibrată cu grijă. Bateria trebuie ținută în siguranță, dar carcasa nu trebuie să creeze o compresie excesivă sau să limiteze spațiul liber necesar al pachetului.

Pentru produsele cu spațiu limitat în compartimentul bateriei, pachetul trebuie verificat cu cel relevant cerințele de proiectare a compartimentului bateriei.

9. Instalați carcasa sau structura de pachet personalizată

Unele pachete de baterii litiu-ion sunt asamblate ca pachete flexibile, în timp ce altele folosesc carcase rigide, suporturi sau carcase personalizate.

Ansamblul mecanic poate include:

• închiderea carcasei bateriei;

• fixarea BMS;

• poziționarea conectorului;

• asigurarea ieșirii firului;

• instalarea consolelor;

• adăugarea de etichete;

• verificarea dimensiunilor de gabarit;

• verificarea greutatii finite.

Echipa de producție ar trebui să compare pachetul asamblat cu desenul aprobat.

Punctele importante de inspecție includ:

• lungime, lățime și grosime;

• pozitia conectorului;

• direcția de ieșire a cablului;

• închiderea cazului;

• părți conductoare expuse;

• pozitia etichetei;

• starea suprafeței;

• orificii sau suporturi de montare;

• interferență cu carcasa dispozitivului prevăzută.

Plicul final al pachetului ar trebui să includă toate componentele atașate, nu numai celulele bateriei.

10. Efectuați verificări electrice în timpul procesului

Verificările electrice ar trebui efectuate în etapele corespunzătoare, mai degrabă decât să așteptați până când pachetul complet este terminat.

Posibilele verificări în curs includ:

• tensiunea celulei;

• polaritatea pachetului;

• continuitatea conexiunii în serie;

• starea de grup paralel;

• continuitatea firului;

• pinout conector;

• conexiune BMS;

• conexiune temperatura-senzor;

• starea de izolare;

• scurtcircuit sau circuit deschis neașteptat.

Verificările timpurii ajută la detectarea problemelor înainte ca izolarea suplimentară, asamblarea carcasei sau etichetarea să facă depanarea mai dificilă.

Criteriile de acceptare ar trebui să se bazeze pe specificația și metoda de testare aprobate. Rezultatele trebuie înregistrate atunci când proiectul necesită trasabilitate la nivel de lot.

11. Încărcați și descărcați pachetul finalizat

Pachetul de baterii completat trebuie evaluat prin procesul de încărcare și descărcare corespunzător.

În funcție de proiect, testarea poate include:

• comportamentul de încărcare;

• performanța de descărcare;

• capacitate;

• stabilitatea tensiunii;

• răspuns de protecție;

• comportamentul temperaturii;

• capacitatea curentă;

• funcția de comunicare;

• comportament de tăiere.

Condițiile de testare trebuie documentate. Rezultatele pot fi afectate de:

• curent de încărcare și descărcare;

• temperatura mediului ambiant;

• tensiune de întrerupere;

• timp de odihnă;

• echipamente de măsurare;

• durata testului;

• Setări BMS.

Un număr de capacitate fără condiții de testare este dificil de utilizat pentru compararea furnizorilor. Cumpărătorii OEM ar trebui să întrebe cum a fost măsurat rezultatul și dacă metoda este în concordanță cu cerințele produsului.

Domeniul complet de testare aparține unui plan separat de testare a pachetului de baterii. Pentru aprobarea probei, cele existente Lista de verificare personalizată pentru validarea eșantionului de baterie oferă o referință utilă.

12. Finalizați inspecția finală

Inspecția finală confirmă că pachetul de baterii completat corespunde specificațiilor aprobate și poate fi eliberat pentru expediere sau integrare.

O inspecție finală poate acoperi:

Electric

• Voltaj;

• polaritate;

• capacitatea sau rezultatul de descărcare;

• funcția de protecție;

• continuitatea conectorului;

• BMS sau funcție de comunicare, acolo unde este cazul.

Mecanic

• dimensiuni;

• greutate;

• starea incintei;

• pozitia conectorului;

• trasarea cablurilor;

• izolare;

• fixare și reținere.

Aspect

• starea suprafeței;

• etichete;

• marcaje;

• daune vizibile;

• zone conductoare expuse;

• starea ambalajului.

Documentare

• numărul lotului;

• înregistrarea testului;

• trasabilitatea materialului;

• desen aprobat;

• raport de inspecție;

• informații despre expediere.

Inspecția finală ar trebui să utilizeze criterii de acceptare definite mai degrabă decât doar judecata vizuală subiectivă.

13. Mențineți trasabilitatea și consistența procesului

Producția OEM necesită mai mult decât realizarea unui eșantion acceptabil. Furnizorul ar trebui să poată repeta proiectul aprobat pe loturi de producție.

Informațiile utile de trasabilitate pot include:

• lot de celule;

• model BMS sau PCM;

• lot de conectori;

• data producției;

• linie de asamblare sau comandă de lucru;

• fișa operatorului sau a stației;

• rezultatele testelor;

• istoricul schimbărilor de inginerie;

• lot de expediere.

Consistența procesului depinde de controlul:

• materiale aprobate;

• accesorii;

• parametrii de sudare sau racordare;

• dirijarea firelor;

• etapele de inspecție;

• echipamente de testare;

• setări software sau BMS;

• ambalare și etichetare.

Dacă o componentă sau un proces trebuie schimbat, modificarea trebuie revizuită pentru efectul asupra tensiunii, curentului, dimensiunilor, protecției, încărcării și cerințelor de conformitate.

14. Procesul de fabricație pentru prototip, pilot și producție în masă

Etapele de asamblare fizică pot fi similare în toate etapele de producție, dar cerințele de control devin mai formale pe măsură ce volumul crește.

Producția de prototipuri

Producția de prototipuri se concentrează pe:

• confirmarea potrivirii mecanice;

• verificarea cablajului și a pinouturilor;

• validarea BMS;

• identificarea problemelor de proiectare;

• testarea bateriei din dispozitiv.

Productie pilot

Producția pilot se concentrează pe:

• verificarea repetabilitatii;

• verificarea dispozitivelor de montaj;

• confirmarea metodelor de inspecție;

• confirmarea aprovizionării cu materiale;

• identificarea variației procesului;

• îmbunătățirea instrucțiunilor de lucru.

Producţie în masă

Producția de masă necesită:

• surse materiale stabile;

• instrucțiuni de lucru controlate;

• dispozitive repetabile;

• parametrii de proces definiți;

• evidențele de inspecție;

• trasabilitatea lotului;

• controlul schimbării;

• criteriile de expediere-eliberare.

Această perspectivă a procesului este diferită de etapele generale de management al proiectelor OEM discutate în De la prototip la producția de masă: etapele de dezvoltare personalizate a bateriilor . Procesul de fabricație se concentrează pe modul în care pachetul de baterii aprobat este asamblat fizic și controlat la fiecare etapă de producție.

15. Puncte cheie de verificare a calității

16. Întrebări pe care cumpărătorii OEM ar trebui să le pună unui producător de baterii

Înainte de a aproba un furnizor, întrebați:

1. Cum sunt inspectate celulele de intrare?

2. Cum se potrivesc celulele pentru pachetele cu mai multe celule?

3. Ce metodă de conectare este utilizată pentru tipul de celulă selectat?

4. Cum sunt controlați parametrii de conexiune?

5. Cum sunt verificate BMS, PCM, NTC și firele de comunicație?

6. Cum se verifică polaritatea conectorului?

7. Cum sunt controlate dimensiunile și pozițiile cablurilor?

8. Ce teste electrice se efectuează pe pachetele finalizate?

9. Cum sunt urmărite loturile de producție?

10. Cum sunt aprobate modificările materiale sau ale procesului?

11. Cum se transferă proba aprobată la producția de masă?

12. Ce înregistrări sunt disponibile pentru eliberarea expedierii?

Aceste întrebări ajută la deosebirea unui furnizor care poate asambla un pachet de baterii de un furnizor care poate sprijini producția OEM repetabilă.

Probleme comune de fabricație

Modelele de celule sunt modificate fără aprobare

O celulă similară vizual poate avea capacitate, rezistență, capacitate de curent sau dimensiuni diferite. Orice înlocuire trebuie revizuită înainte de producție.

BMS-ul este instalat cu cablare incorectă

Conexiunile incorecte ale celulei sau polaritatea pot afecta monitorizarea și protecția. Cablajul trebuie verificat în raport cu desenul aprobat.

Poziția conectorului se modifică între loturi

O mică schimbare a ieșirii cablului poate împiedica pachetul să se potrivească cu dispozitivul gazdă. Poziția și lungimea trebuie controlate ca dimensiuni de producție.

Izolația este tratată ca un detaliu de aspect

Izolația face parte din sistemul de protecție electrică și mecanică. Ar trebui să fie inspectat ca o cerință funcțională de producție.

Testarea se efectuează numai pe prima probă

Pachetele de producție în masă necesită inspecții și teste repetabile. Un prototip de succes nu dovedește consistența lotului.

Modificările de proces nu sunt documentate

Modificările neînregistrate ale celulelor, firelor, conectorilor, dispozitivelor de fixare sau setărilor BMS pot crea diferențe între mostrele aprobate și pachetele livrate.

FAQ

Care este primul pas în fabricarea bateriei litiu-ion?

Primul pas este eliberarea și revizuirea specificațiilor bateriei aprobate, inclusiv modelul celulei, configurația, tensiunea, capacitatea, sistemul de protecție, conectorul, dimensiunile și cerințele de testare.

Cum sunt pregătite celulele înainte de asamblarea acumulatorului?

Celulele pot fi inspectate, sortate și adaptate în funcție de tensiune, capacitate, rezistență, dimensiuni, lot și alte criterii aprobate înainte de a fi aranjate în configurația pachetului.

Cum sunt conectate celulele bateriei cu litiu-ion într-un pachet?

Metoda de conectare depinde de tipul celulei, structura pachetului, cerința curentă și proiectarea producției. Producătorul ar trebui să utilizeze un proces de conectare controlat și să inspecteze conexiunile finalizate.

Care este rolul BMS în timpul fabricării acumulatorului?

BMS sau PCM este integrat în pachet pentru a asigura protecția sau funcțiile de management necesare. Modelul plăcii sale, cablajul, conexiunile senzorului, pinout și setările trebuie să se potrivească cu designul aprobat al bateriei.

Ce teste se efectuează după asamblarea acumulatorului?

În funcție de proiect, testarea poate include tensiunea, polaritatea, continuitatea, capacitatea, performanța de încărcare și descărcare, răspunsul de protecție, comportamentul la temperatură, funcția conectorului și verificările de comunicare.

Cum diferă fabricarea pachetului de baterii OEM de ansamblul bateriei standard?

Fabricarea OEM poate necesita dimensiuni personalizate, configurație de celule, BMS, cablu, conector, carcasă, testare și documentație. De asemenea, necesită reproducerea consecventă a eșantionului aprobat pe loturi de producție.

Concluzie

Procesul de fabricație a acumulatorului litiu-ion conectează cerințele de inginerie aprobate cu asamblarea fizică repetabilă și controlul calității.

Un proces OEM de încredere ar trebui să controleze materialele primite, potrivirea celulelor, aranjarea celulelor, conexiunile electrice, integrarea BMS, cablarea, izolația, ambalarea mecanică, testarea, trasabilitatea și eliberarea expedierii. Fiecare etapă poate afecta tensiunea, capacitatea, performanța curentului, potrivirea și fiabilitatea pachetului finit.

Cumpărătorii OEM ar trebui să revizuiască atât procesul de asamblare, cât și sistemul de control al calității al furnizorului înainte de producția în masă. Pentru proiecte care necesită celule personalizate, dimensiuni pachet, BMS, conectori sau teste de producție, contactați ZENE pentru asistență personalizată pentru fabricarea pachetului de baterii cu litiu.