Процесс производства литий-ионных аккумуляторов для OEM-проектов

Литий-ионный аккумулятор представляет собой систему, состоящую из элементов, электрических соединений, защитных компонентов, проводов, разъемов, изоляции и механической упаковки. В OEM-проектах производственный процесс должен поддерживать соответствие этих элементов от утвержденного образца до массового производства.

Этот процесс отличается от производства отдельных аккумуляторных элементов. Производство клеток включает процессы электрода, электролита и формирования клеток. Производство аккумуляторных батарей начинается после выбора необходимого типа элемента, напряжения, емкости, допустимого тока, размеров и архитектуры защиты.

Контролируемый Решение по производству литиевых батарей должно сочетать инженерные требования с повторяемыми сборками, проверками и испытаниями. Точная последовательность может варьироваться в зависимости от формата упаковки, типа ячейки, потребляемого тока, конфигурации BMS и конструкции корпуса.

Быстрый ответ: каков процесс производства литий-ионных аккумуляторов?

Типичный процесс производства литий-ионного аккумулятора включает в себя:

1. Рассмотрение утвержденной спецификации батареи OEM.

2. Проверка входящих ячеек, BMS или PCM, проводов, разъемов и механических материалов.

3. Сортировка и сопоставление ячеек в соответствии с требованиями пакета.

4. Расположение ячеек в утвержденной серии и параллельной конфигурации.

5. Соединение ячеек указанным способом сварки или электрического соединения.

6. Установка BMS, PCM, компонентов защиты и жгута проводов.

7. Добавление изоляции, сепараторов, крепежных материалов и механической защиты.

8. Установка разъема, корпуса или индивидуальной конструкции упаковки.

9. Проведение электрических, механических и внешних проверок.

10. Зарядка, разрядка и проверка комплектного аккумуляторного блока.

11. Регистрация результатов, проверка прослеживаемости и выпуск соответствующих упаковок для отправки.

Самый главный принцип – последовательность. Каждая производственная упаковка должна соответствовать утвержденному дизайну, материалам, параметрам процесса и требованиям проверки.

1. Опубликуйте утвержденную спецификацию аккумуляторной батареи.

Производство должно начинаться с контролируемой спецификации, а не с неофициального запроса.

Спецификация производства обычно определяет:

В спецификации должно быть указано, какие значения являются окончательными, какие являются утвержденными допусками, а какие требуют подтверждения при отборе проб.

Более широкое объяснение того, как эти требования определяются перед производством, см. Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока: напряжение, емкость, BMS и время работы.

2. Проверка входящих материалов

Перед сборкой производитель должен проверить поступившие на производство материалы.

Типичные входящие материалы включают в себя:

• аккумуляторные элементы;

• платы PCM или BMS;

• провода и кабельные сборки;

• разъемы;

• никелевые полоски или другие одобренные соединительные материалы;

• изоляционные листы;

• сепараторы и защитные пленки;

• корпуса, кронштейны или специальные корпуса;

• этикетки и упаковочные материалы.

Входной контроль может проверить:

• модель и спецификация;

• количество;

• видимые повреждения;

• размеры;

• электрическое состояние;

• тип разъема;

• длина и полярность провода;

• информация о партии или партии;

• документация поставщика.

Аккумуляторная батарея не может быть более однородной, чем материалы, входящие в процесс. Изменения модели ячейки, замены разъемов или неутвержденные изменения BMS должны контролироваться посредством процесса инженерных изменений.

3. Проверьте, отсортируйте и сопоставьте ячейки

Согласованность элементов особенно важна для многоэлементных аккумуляторных блоков.

Перед сборкой ячейки могут быть проверены и сгруппированы в соответствии с утвержденными производственными требованиями. В зависимости от конструкции упаковки процесс сопоставления может учитывать:

• Напряжение;

• емкость;

• внутреннее сопротивление;

• физические размеры;

• производственная партия;

• видимое состояние;

• результаты электроиспытаний.

Сопоставление снижает риск того, что поведение одной ячейки будет сильно отличаться от поведения других ячеек в том же пакете. Различия между элементами могут повлиять на балансировку, полезную емкость, поведение напряжения и долговременную стабильность.

Для цилиндрических аккумуляторных блоков согласование ячеек особенно актуально, когда несколько ячеек соединены последовательно или параллельно. Точные пределы скрининга и критерии приемлемости должны быть определены производителем для выбранной модели ячейки и применения.

Сопоставление ячеек — это не то же самое, что расчет емкости пакета. Расчеты производительности и времени работы должны выполняться на этапе проектирования, а сопоставление — это деятельность по контролю производства, которая проверяет, подходят ли выбранные элементы для сборки.

4. Расположите ячейки в утвержденной конфигурации.

После проверки и сопоставления ячеек элементы располагаются в соответствии с утвержденной конфигурацией упаковки.

Договоренность определяет:

• выходное напряжение;

• доступная мощность;

• размеры упаковки;

• текущий путь;

• тепловая планировка;

• Точки подключения BMS;

• механический баланс.

Монтажное приспособление должно сохранять правильное положение и расстояние между ячейками во время соединения. Оно также должно предотвращать движения, которые могут повредить поверхность элемента, изоляцию или проводку.

Для блоков, в которых используются последовательные и параллельные соединения, расположение должно соответствовать утвержденной электрической схеме. Ошибка конфигурации может повлиять на напряжение аккумулятора, емкость, настройки защиты и совместимость зарядного устройства.

Общая разница между последовательным и параллельным расположением поясняется в Последовательные и параллельные аккумуляторные блоки . При производстве приоритетом является точное и последовательное воспроизведение утвержденной конфигурации.

5. Соедините ячейки

Ячейки должны быть подключены с использованием метода, подходящего для формата ячейки, текущего спроса и структуры упаковки.

Процесс подключения может включать в себя:

• подготовка соединительных планок или клемм;

• позиционирование ячеек в приспособлении;

• выполнение утвержденного электрического подключения;

• проверка соединения визуально;

• проверка непрерывности электрической цепи;

• защита ячейки и области соединения.

Для цилиндрических ячеек можно использовать процесс сварки с одобренными соединительными материалами и контролируемыми параметрами. Для пакетов-пакетов сборка может включать в себя петли, защитные панели, гибкие провода, изоляцию и механические крепления.

Конкретный метод подключения должен выбирать производитель батареи исходя из:

• конструкция сотового терминала;

• требуемый ток;

• сопротивление соединения;

• механическая прочность;

• термическое воздействие;

• повторяемость производства;

• доступное пространство.

Производственная бригада должна контролировать параметры соединений и осматривать готовые соединения. Соединение, которое визуально кажется приемлемым, может потребовать электрической или механической проверки.

6. Установите PCM, BMS и компоненты защиты.

После подключения ячейки компоненты защиты и управления интегрируются в пакет.

В зависимости от проекта в комплект может входить:

• ПКМ;

• БМС;

• датчик температуры NTC;

• предохранитель;

• токочувствительные компоненты;

• интерфейс связи;

• балансировочная схема;

• защита от зарядки и разрядки.

Правильный компонент зависит от конфигурации элемента, текущих требований, зарядного устройства и хост-устройства.

В производственном процессе следует контролировать:

• модель доски;

• ориентация платы;

• порядок подключения проводов;

• полярность;

• расположение датчика;

• изоляция вокруг платы;

• распиновка разъема;

• программирование или настройка, где это применимо.

Неправильная проводка между многоячеечным блоком и BMS может повлиять на мониторинг и защиту ячеек. По этой причине модель платы и схема подключения должны быть включены в утвержденную производственную документацию.

Различие между более простой защитой и более продвинутыми функциями управления объясняется в разделе PCM против BMS для LiPo аккумуляторов.

7. Соберите жгут проводов и разъем.

Жгут проводов соединяет аккумуляторную батарею с главным устройством, зарядным устройством или внешней системой управления.

Процесс сборки может включать в себя:

• обрезка проводов на заданную длину;

• зачистка и оконцовка проводов;

• присоединение разъема;

• прокладка кабеля;

• добавление разгрузки от натяжения;

• проверка полярности;

• фиксация выхода провода;

• разделение силовых и сигнальных проводов, где это необходимо.

Производитель должен контролировать:

• калибр проволоки;

• длина провода;

• модель разъема;

• назначение контактов;

• положение вывода кабеля;

• обжим клемм или качество соединения;

• изоляция;

• радиус изгиба;

• облегчение напряжения.

Электрический разъем может по-прежнему вызывать проблемы при сборке, если кабель выходит в неправильном направлении или не подходит к корпусу устройства.

Подробные электрические и механические критерии выбора описаны в Как выбрать разъем для индивидуального литиевого аккумулятора.

8. Нанесите изоляцию и механическую защиту.

Изоляция защищает элементы, точки подключения, BMS и провода от непреднамеренного контакта и механических повреждений.

В зависимости от формата аккумулятора в сборке могут использоваться:

• изоляционная пленка;

• клеевая изоляция;

• сепараторы;

• защитные рукава;

• пена или прокладка;

• изоляционная бумага;

• термоусадочные материалы;

• индивидуальные чехлы или кронштейны.

Конструкция изоляции должна предотвращать:

• контакт между проводящими частями;

• движение клеток;

• повреждение мест подключения;

• истирание проволоки;

• контакт между компонентами упаковки и корпуса;

• чрезмерное давление на карманные клетки.

Механическая защита должна быть тщательно сбалансирована. Аккумулятор следует удерживать надежно, но корпус не должен создавать чрезмерного сжатия или ограничивать необходимый зазор для аккумулятора.

Для продуктов с ограниченным пространством батарейного отсека необходимо проверить упаковку на соответствие соответствующим стандартам. Требования к конструкции батарейного отсека.

9. Установите корпус или индивидуальную комплектную конструкцию.

Некоторые литий-ионные аккумуляторные блоки собираются в виде гибких сумок, в то время как в других используются жесткие корпуса, кронштейны или специальные корпуса.

Механическая сборка может включать в себя:

• закрытие корпуса аккумулятора;

• ремонт БМС;

• расположение разъема;

• фиксация выхода провода;

• установка брекетов;

• добавление меток;

• проверка габаритных размеров;

• проверка готового веса.

Производственная группа должна сравнить собранную упаковку с утвержденным чертежом.

К важным точкам проверки относятся:

• длина, ширина и толщина;

• положение разъема;

• направление выхода кабеля;

• закрытие дела;

• открытые проводящие части;

• положение метки;

• состояние поверхности;

• монтажные отверстия или кронштейны;

• вмешательство в корпус предполагаемого устройства.

В окончательный пакет упаковки должны быть включены все прилагаемые компоненты, а не только аккумуляторные элементы.

10. Выполняйте электрические проверки в процессе работы.

Электрические проверки следует выполнять на соответствующих этапах, а не дожидаться завершения сборки всей упаковки.

Возможные проверки в процессе включают в себя:

• напряжение ячейки;

• полярность упаковки;

• непрерывность последовательного соединения;

• условие параллельной группы;

• целостность проводов;

• распиновка разъема;

• подключение к БМС;

• подключение датчика температуры;

• состояние изоляции;

• неожиданное короткое замыкание или обрыв цепи.

Ранние проверки помогают обнаружить проблемы до того, как дополнительная изоляция, сборка корпуса или маркировка усложнят устранение неполадок.

Критерии приемки должны основываться на утвержденных спецификациях и методе испытаний. Результаты следует фиксировать, если проект требует прослеживаемости на уровне партии.

11. Зарядите и разрядите готовый аккумулятор.

Готовый аккумуляторный блок следует оценить с помощью соответствующего процесса зарядки и разрядки.

В зависимости от проекта тестирование может включать в себя:

• поведение зарядки;

• производительность разряда;

• емкость;

• стабильность напряжения;

• защитная реакция;

• температурное поведение;

• текущие возможности;

• коммуникационная функция;

• поведение отсечки.

Условия испытаний должны быть документированы. На результаты могут повлиять:

• ток заряда и разряда;

• температура окружающей среды;

• напряжение отсечки;

• время отдыха;

• измерительное оборудование;

• продолжительность испытания;

• Настройки БМС.

Число мощностей без условий испытаний сложно использовать для сравнения поставщиков. Покупатели OEM должны спросить, как был измерен результат и соответствует ли этот метод требованиям к продукту.

Полный объем испытаний включен в отдельный план тестирования аккумуляторной батареи. Для утверждения образца существующие Контрольный список проверки образцов индивидуальной батареи представляет собой полезную справочную информацию.

12. Завершить окончательную проверку.

Окончательная проверка подтверждает, что готовый аккумуляторный блок соответствует утвержденным спецификациям и может быть допущен к отправке или интеграции.

Окончательная проверка может охватывать:

Электрический

• Напряжение;

• полярность;

• емкость или результат разряда;

• функция защиты;

• целостность разъема;

• BMS или функция связи, где это применимо.

Механический

• размеры;

• масса;

• состояние корпуса;

• положение разъема;

• прокладка кабеля;

• изоляция;

• фиксация и удержание.

Появление

• состояние поверхности;

• этикетки;

• маркировка;

• видимые повреждения;

• открытые проводящие участки;

• состояние упаковки.

Документация

• номер партии;

• протокол испытаний;

• отслеживаемость материалов;

• утвержденный чертеж;

• отчет о проверке;

• информация об отправке.

При окончательной проверке следует использовать определенные критерии приемки, а не только субъективное визуальное суждение.

13. Поддерживайте отслеживаемость и согласованность процессов

OEM-производство требует большего, чем просто изготовление одного приемлемого образца. Поставщик должен иметь возможность повторять утвержденную конструкцию для всех производственных партий.

Полезная информация по отслеживанию может включать:

• партия клеток;

• Модель BMS или PCM;

• партия разъемов;

• дата производства;

• сборочная линия или рабочий заказ;

• запись оператора или станции;

• результаты испытаний;

• история инженерных изменений;

• партия отгрузки.

Согласованность процесса зависит от контроля:

• утвержденные материалы;

• светильники;

• параметры сварки или соединения;

• прокладка проводов;

• этапы проверки;

• испытательное оборудование;

• программное обеспечение или настройки BMS;

• упаковка и маркировка.

Если компонент или процесс необходимо изменить, это изменение следует проанализировать на предмет его влияния на напряжение, ток, размеры, защиту, зарядку и требования соответствия.

14. Процесс производства прототипа, пилотного и массового производства.

Этапы физической сборки могут быть одинаковыми на всех этапах производства, но требования к контролю становятся более формальными по мере увеличения объема.

Производство прототипов

Производство прототипов направлено на:

• подтверждение механической посадки;

• проверка проводки и распиновки;

• проверка BMS;

• выявление проблем проектирования;

• проверка аккумулятора в устройстве.

Опытное производство

Опытное производство направлено на:

• проверка повторяемости;

• проверка монтажных приспособлений;

• подтверждение методов контроля;

• подтверждение поставки материала;

• выявление вариаций процесса;

• совершенствование рабочих инструкций.

Массовое производство

Массовое производство требует:

• стабильные материальные источники;

• контролируемые рабочие инструкции;

• повторяемые приспособления;

• определенные параметры процесса;

• протоколы проверок;

• прослеживаемость партии;

• контроль изменений;

• критерии выпуска-отгрузки.

Этот подход к процессу отличается от общих этапов управления проектами OEM, рассмотренных в разделе От прототипа к массовому производству: этапы разработки нестандартных аккумуляторов . Производственный процесс сосредоточен на том, как одобренный аккумуляторный блок физически собирается и контролируется на каждом этапе производства.

15. Ключевые контрольные точки качества

16. Вопросы, которые OEM-покупатели должны задать производителю аккумуляторов

Прежде чем утвердить поставщика, спросите:

1. Как проверяются поступающие ячейки?

2. Как подбираются ячейки для многоячеечных пакетов?

3. Какой метод подключения используется для выбранного типа ячейки?

4. Как контролируются параметры соединения?

5. Как проверяются BMS, PCM, NTC и провода связи?

6. Как проверяется полярность разъема?

7. Как контролируются размеры и положение кабелей?

8. Какие электрические испытания проводятся на готовых упаковках?

9. Как отслеживаются производственные партии?

10. Как утверждаются изменения материалов или процессов?

11. Как утвержденный образец передается в серийное производство?

12. Какие записи доступны для выпуска отгрузки?

Эти вопросы помогают отличить поставщика, который может собрать аккумуляторный блок, от поставщика, который может поддерживать повторяемое OEM-производство.

Распространенные производственные проблемы

Модели ячеек изменяются без согласования

Визуально похожая ячейка может иметь разную емкость, сопротивление, токовую способность или размеры. Любая замена должна быть рассмотрена перед производством.

BMS установлена ​​с неправильной проводкой.

Неправильное подключение отвода ячейки или полярность могут повлиять на мониторинг и защиту. Электропроводку следует сверить с утвержденным чертежом.

Положение соединителя меняется между партиями

Небольшое изменение выхода кабеля может помешать установке блока на хост-устройстве. Положение и длину следует контролировать как производственные размеры.

Изоляция рассматривается как деталь внешнего вида.

Изоляция является частью системы электрической и механической защиты. Его следует проверять как функциональное производственное требование.

Тестирование проводится только на первом образце

Упаковки массового производства требуют повторяющихся проверок и испытаний. Один успешный прототип не доказывает согласованность партии.

Изменения процесса не документируются

Незарегистрированные изменения в элементах, проводах, разъемах, приспособлениях или настройках BMS могут привести к различиям между утвержденными образцами и доставленными упаковками.

Часто задаваемые вопросы

Каков первый шаг в производстве литий-ионных аккумуляторов?

Первым шагом является выпуск и рассмотрение утвержденной спецификации батареи, включая модель элемента, конфигурацию, напряжение, емкость, систему защиты, разъем, размеры и требования к испытаниям.

Как подготавливаются элементы перед сборкой аккумуляторной батареи?

Перед объединением в конфигурацию блока элементы можно проверять, сортировать и подбирать по напряжению, емкости, сопротивлению, размерам, партии и другим утвержденным критериям.

Как литий-ионные аккумуляторные элементы соединяются в блоке?

Способ подключения зависит от типа элемента, структуры упаковки, текущих требований и конструкции производства. Производитель должен использовать контролируемый процесс соединения и проверять выполненные соединения.

Какова роль BMS при производстве аккумуляторных батарей?

BMS или PCM интегрированы в комплект для обеспечения необходимых функций защиты или управления. Модель платы, проводка, подключения датчиков, распиновка и настройки должны соответствовать утвержденной конструкции батареи.

Какие испытания проводятся после сборки аккумуляторной батареи?

В зависимости от проекта тестирование может включать проверку напряжения, полярности, непрерывности, емкости, характеристик заряда и разряда, защитной реакции, температурного поведения, функций разъема и проверки связи.

Чем производство OEM-аккумуляторов отличается от стандартной сборки аккумуляторов?

Для OEM-производства могут потребоваться индивидуальные размеры, конфигурация ячеек, BMS, кабель, разъем, корпус, тестирование и документация. Это также требует последовательного воспроизведения утвержденного образца во всех производственных партиях.

Заключение

Процесс производства литий-ионных аккумуляторных батарей сочетает утвержденные технические требования с повторяемой физической сборкой и контролем качества.

Надежный OEM-процесс должен контролировать входящие материалы, соответствие ячеек, расположение ячеек, электрические соединения, интеграцию BMS, проводку, изоляцию, механическую упаковку, тестирование, отслеживание и выпуск отгрузки. Каждый этап может влиять на напряжение, емкость, текущие характеристики готового блока, его пригодность и надежность.

Покупатели OEM должны проверить как процесс сборки, так и систему контроля качества поставщика перед массовым производством. Для проектов, требующих индивидуальных элементов, размеров упаковки, BMS, разъемов или производственных испытаний, свяжитесь с ZERNE для получения поддержки в изготовлении индивидуальной литиевой аккумуляторной батареи.