Das Wichtigste zum Mitnehmen:
- Die Herstellung kundenspezifischer Lithium-Ionen-Akkus erfordert präzise Technik, Qualitätskontrolle und Sicherheitsstandards. Der Prozess umfasst das Sammeln von Anforderungen, die Auswahl von Zellen, gleichzeitiges Engineering, Prototyping, Zertifizierung, Produktionsplanung und Lebenszyklusunterstützung.
Entwicklung maßgeschneiderte Batterielösungen erfordert umfassendes Fachwissen in den Bereichen Elektrotechnik, Maschinenbau und Qualitätstechnik. Während handelsübliche Lithium-Packs die spezifischen Leistungs-, Energie-, Größen- oder Funktionsanforderungen einer Anwendung möglicherweise nicht vollständig erfüllen, bietet ein maßgeschneidertes Pack, das auf individuelle Anforderungen zugeschnitten ist, eine optimierte Lösung.
Der Prozess zur Entwicklung, Zertifizierung und Herstellung spezieller Lithium-Ionen-Akkus unterscheidet sich jedoch erheblich von den Standardoptionen. Im folgenden Inhalt werden wir jeden Herstellungsschritt auf technischer Ebene untersuchen, einschließlich:
- Kritische Prozesskontrollen zur Gewährleistung der Konsistenz
- Techniken zur Maximierung der Leistung innerhalb von Einschränkungen
- Methoden zur Überprüfung der Packungsqualität und -zuverlässigkeit
- Sicherheitsprotokolle beim Umgang mit Lithium-Ionen-Zellen
- Branchenvorschriften zur Herstellung von Lithiumbatterien
Sehen wir uns an, wie unsere Expertenteams an die Entwicklung kundenspezifischer Lithium-Ionen-Akkus herangehen, die auf die anspruchsvollsten Anwendungen zugeschnitten sind.
Schlüsselphasen bei der Herstellung kundenspezifischer Verpackungen
Zu unseren wichtigsten Phasen bei der Entwicklung und Herstellung kundenspezifischer Lithium-Ionen-Akkus gehören:
- Erste Anforderungserfassung und -gestaltung
- Eingehende Zellauswahl und -beschaffung
- Elektrotechnik und Maschinenbau
- Validierung des Prototyping-Designs
- Sicherheitsprüfung und Zertifizierung
- Produktionsplanung und Prozessentwicklung
- Zellherstellung mit strengen Prozesskontrollen
- Präzise Vorrichtungen und Automatisierung für die Batteriemontage
- Strenge Qualitätskontrollen während der gesamten Fertigung
- Installationsunterstützung und Überwachung der Paketlebensdauer
Als Nächstes werden wir jede Phase im Detail untersuchen, einschließlich technischer Überlegungen, die speziell für die Herstellung kundenspezifischer Batterielösungen gelten.
Produktanforderungen definieren
Die gründliche Erfassung der Anforderungen an kundenspezifische Lithiumbatterien in einem Produktanforderungsdokument (PRD) ist für Ingenieurteams unerlässlich, um eine optimierte Lösung richtig zu entwerfen. Zu den wichtigsten Parametern, die definiert werden müssen, gehören:
Elektrisch
- Erforderliche Kapazität, Energiedichte und Stromspannung
- Spitzenstrom und Leistung für maximale Belastung
- Interne Impedanz und Widerstand gezielt anstreben
- Betriebstemperaturbereiche und Wärmeableitungsanforderungen
- Ladeeigenschaften – Konstantstrom, mehrstufig usw.
Mechanisch
- Gewichts- und Größenbeschränkungen
- Befestigungspunkte, Rahmen und Abstände
- Auswahl des Gehäusematerials
- Anforderungen an die Umweltabdichtung und Schutzart (IP).
- Anforderungen an die Vibrations-, Stoß- und Druckfestigkeit
Funktional
- Geschätzte Zyklus- und Kalenderlebensdauer bei definiertem DOD
- Grenzwerte für die Selbstentladungsrate im Leerlauf
- Erforderliche Kommunikationsschnittstellen und Datenprotokollierung
- Eventuell zusätzliche Sensoren oder Elektronik erforderlich
Qualität & Programm
- Zielfehlerraten und Fehlerquote
- Obligatorische Zertifizierungen wie UL 1642 oder UND 38.3
- Budgetbeschränkungen und Kostenobergrenzen
- Planen Sie Erwartungen und Meilensteine
Eine sorgfältige Anforderungserfassung verhindert Entwurfsänderungen im Spätstadium.
Auswahl leistungsstarker Lithium-Ionen-Zellen
Die Grundlage eines jeden maßgeschneiderten Lithium-Ionen-Akkupacks liegt in der Auswahl der integrierten Zellen. Unsere Zellauswahl für kundenspezifische Packungen umfasst:
- Bestimmung der optimalen Chemie von Lithium-Ionen-Zellen – Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium-Eisenphosphat (LFP), usw.
- Bewertung der verfügbaren Zellformate – zylindrisch, beutelförmig oder prismatisch
- Überprüfung der Zellfähigkeit, der Qualitätsbilanz und der Produktionskapazität
- Bei Bedarf Beschaffung zylindrischer und laminierter Zellproben von Anbietern für direkte Tests
- Vergleich der Zellleistungs-Benchmarks – Energiedichte, spezifische Leistung, Lebensdauer, Sicherheit
- Finalisierung der Zelle zur Optimierung wichtiger Kompromisse – kosten, Leistungsabgabe, Lebensdauer, Formfaktor
Die Fortschritte bei Lithium-Ionen-Zellen erweitern jedes Jahr die Leistungsgrenzen. Der Einsatz modernster Zelltechnologie ist für die Maximierung der Möglichkeiten kundenspezifischer Verpackungen von entscheidender Bedeutung.
Elektrotechnik und Maschinenbau
Um das individuelle Packdesign innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu optimieren, ist eine gleichzeitige elektrische und mechanische Konstruktion erforderlich.
Elektrotechnik
- Entwerfen von Sammelschienengeometrien und Verbindungsmethoden, um die erforderliche Stromkapazität zu erreichen und den Widerstand zu minimieren
- Verlegung von Kabelbäumen, um Herstellbarkeit und Wartungsfreundlichkeit zu gewährleisten
- Dimensionierung von Sicherungen und Batterierelais, um einen Fehlerschutz bis zum maximalen Strom des Pakets zu gewährleisten
- Platzierung und Anzahl der Thermistoren für eine detaillierte Temperaturüberwachung
- Optimierung von Sensor- und Kommunikationsschnittstellen zu erforderlichen Peripheriegeräten
Maschinenbau
- Auswahl des Gehäusematerials unter Berücksichtigung von Kosten, Festigkeit, Gewicht und Herstellbarkeit
- Intern Komponente Abstand, der eine ausreichende Luftzirkulation für das Wärmemanagement ermöglicht
- Befestigungspunkte, Rahmen, Streben für erforderliche Struktursteifigkeit
- Das Design von Zellhalter, Kabelbaum und Befestigungselement verhindert Schäden durch Stöße oder Vibrationen
- Verbindungsmethoden – Schweißen, Löten, mechanische Befestigung
- Modellierung der Thermik zur Entwicklung von Kühlkanälen, Wärmeverteilern und Isolierung
Die Verbindung von Elektrotechnik und Maschinenbau ist unerlässlich, um suboptimale Kompromisse beim kundenspezifischen Batteriedesign zu vermeiden.
Designvalidierung durch Prototyping
Der Bau und die Bewertung mehrerer Designprototypen ist ein Muss für die Entwicklung kundenspezifischer Lithiumbatterien. Prototyping ermöglicht:
- Testen der mechanischen Form und Passform mithilfe von 3D-gedruckten Gehäusen
- Bestätigung, dass die elektrische Leistung den Anforderungen entspricht
- Durch die Validierung des Wärmemanagements werden die Zellentemperaturen aufrechterhalten
- Verfeinerung der Platzierung, Steuerung und Algorithmen der BMS-Sensoren
- Qualifizieren der Vibrationsfestigkeit mit Rütteltischtests
- Überprüfung der Designsicherheit durch Fehlermöglichkeits- und Auswirkungsanalyse
- Verbesserung der Herstellbarkeit basierend auf Montagebewertungen
Durch wiederholtes Prototyping werden Fehler aufgedeckt, die beim computergestützten Engineering nicht erkennbar sind.
Obligatorische Sicherheitszertifizierungen
Durch den Erwerb von Sicherheits- und behördlichen Zertifizierungen wird die Packungskonformität überprüft:
- UL 1642 – Kritische Zertifizierung für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien von Underwriters Laboratories
- IEC 62133 – Internationale Norm, die Sicherheitsanforderungen für tragbare versiegelte Sekundärzellen festlegt
- UND 38.3 – UN-Testmethodik für den sicheren Transport von Lithiumbatterien
- CE-Kennzeichnung – Bestätigt die Konformität mit europäischen Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltstandards
- FCC – Validiert elektromagnetische Verträglichkeit und Interferenzgrenzwerte
- RoHS – Richtlinie der Europäischen Union zur Beschränkung gefährlicher Stoffe
Die Tests werden von akkreditierten Laboren durchgeführt, die nach Erfüllung der Anforderungen formelle Zertifizierungen ausstellen.
Produktionsplanung und Prozessverfeinerung
Eine sorgfältige Frontend-Planung verhindert ungewollte Fehler bei der Fertigung:
- Erstellen umfassender Stücklisten mit Angabe zugelassener Lieferanten und Teile
- Entwerfen von Montagevorrichtungen, Vorrichtungen und Werkzeugen für eine fehlersichere Produktion
- Definieren automatisierter und manueller Teststationen, die für die Prozesssteuerung erforderlich sind
- Entwicklung detaillierter Montage- und Testanweisungen für den Bediener
- Analyse von Produktionsstandorten hinsichtlich Raum-, Energie-, Umwelt- und Sicherheitsanforderungen
- Planung der Lieferkettenlogistik für Komponenten und Zellbestand
- Rekrutierung und Schulung kompetenter Zellfertigungs- und Packmontagetechniker
- Einführung statistischer Prozesskontrollen zur Verfolgung wichtiger Leistungskennzahlen
Eine durchdachte Prozessplanung führt zu qualitativ hochwertigen Ergebnissen.
Strenge Qualitätskontrollschritte
Die gleichbleibende Qualität wird durch Kontrollen vor, während und nach der Produktion überprüft:
Eingangsqualitätskontrolle (IQC) – Stellt sicher, dass Rohstoffe und Komponenten den Spezifikationen entsprechen
- Inspektion eingehender Lithium-Ionen-Zellen – Überprüfung von Kapazitäten, Spannungsprofilen und Einstufung
- Prüfung von Platten, Folien, Separatoren vor der Zellfertigung
- Prüfung von Leiterplattenchargen auf Mängel
- Validierung von Packteilen wie Gehäusen und Steckverbindern
In-Prozess-Qualitätskontrolle (IPQC) – Erhält die Prozessfähigkeit und -stabilität
- Statistische Prozesskontrolle (SPC) zur Verfolgung kritischer Parameter
- Fehleranzahl, Stichprobenraten und kontinuierliche Verbesserung
- Zell- und Packungskontrolle bei jedem Montageschritt
- Prozessaudits stellen sicher, dass die Verfahren eingehalten werden
Endprodukt-Qualitätskontrolle (FPQC) – Bestätigt die Verpackungsqualität vor dem Versand
- Maßkontrolle anhand von Zeichnungen
- Testen Sie die Packungskapazität, den Innenwiderstand und den Temperaturanstieg
- Röntgeninspektion interner Verbindungen
- Validieren Sie Konstruktion und Design – Thermik, Abstände usw.
- Führen Sie Funktionstests unter Last durch, um die Leistung zu überprüfen
Eine solide Qualitätskontrolle ist entscheidend für die Herstellung der Prozesswiederholbarkeit und die Beseitigung von Fehlern.
Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen
Herstellung von prismatischen oder Pouch-Lithium-Ionen-Zellen mit der erforderlichen Konsistenz Packungsmontage erfordert streng kontrollierte Umgebungen und Prozesse. Zu den Schritten der Zellherstellung gehören:
- Mischen – Formulierung von Kathoden- und Anodenschlämmen mit strenger Kontrolle der Zusammensetzung
- Beschichtung – Gleichmäßiges Auftragen von Elektrodenbeschichtungen auf Stromkollektorfolien
- Kalandrieren – Elektrodenschichtdicke präzise einstellen
- Schlitzen – Schneiden von Elektrodenblechen in bestimmte Breiten
- Wickeln/Stapeln – Wickeln von zylindrischen oder geschichteten Elektroden mit Separator
- Laschenschweißen – Schweißen von Zellanschlüssen entlang der Elektrodenkanten
- Elektrolytbefüllung – Einspritzen formulierter flüssiger Elektrolyte in die Zelle
- Bildung – Anfänglicher Lade-Entlade-Zyklus, der die Elektroden aktiviert
- Alterung – Einbruch und Stabilisierung der Zellen vor dem Test
- Einstufung – Gruppierung von Zellen in Klassen nach getesteter Kapazität, Impedanz und Spannungsprofil
Die Aufrechterhaltung der Prozessfähigkeit sorgt für die Zellkonsistenz, die für die Packungsmontage unerlässlich ist. Kleine Zellvariationen verstärken sich, wenn sie in einem Rudel zu Tausenden multipliziert werden.
Montageprozess des Batteriepacks
Der Zusammenbau von Zellen und Komponenten zu einem robusten Batteriepaket erfordert eine sorgfältige Konstruktion:
- Zuordnung der Zellen nach Klasse für minimale Abweichungen
- Elektrisches Verbinden von Zellen in Reihe durch Schweißen oder Verbindungselemente
- Sichern von Zellen in kundenspezifischen Vorrichtungen während der Packmontage
- Verlegung und Sicherung von Hochspannungskabelbäumen
- Montage und thermische Anbindung von Leistungselektronikplatinen
- Aufbringen von Wärmeleitmaterial zwischen Zellen
- Anbringen von Stromschienen mit genauen Drehmomentvorgaben
- Integration von Komponenten in Metall- oder Kunststoffgehäuse
- Schutzlackplatten für den Umweltschutz
- Vergussbaugruppen mit Epoxidharz oder Silikon für strukturelle Steifigkeit
- Prüfen Sie das Drehmoment der Befestigungselemente während des Prozesses, um die Integrität der Baugruppe zu überprüfen
Jeder Produktionsschritt muss streng definierten Prozessen und Abnahmekriterien entsprechen, um zuverlässige Endprodukte zu gewährleisten.
Überlegungen zu Installation, Betrieb und Lebenszyklus
Nach der Produktion ist die ordnungsgemäße Unterstützung der Packungen während der gesamten Lebensdauer von größter Bedeutung:
- Bereitstellung detaillierter Best Practices für die Installation, um Pakete korrekt zu integrieren
- Integrierte Datenprotokollierung zur Überwachung der Nutzung, Warnflags und Fehlercodes
- Analyse von Felddaten zur kontinuierlichen Verbesserung zukünftiger Designs
- Bereitstellung von Firmware-Updates zur Erweiterung der Funktionen und Behebung von Fehlern
- Wir bieten Reparatur-, Aufbereitungs- oder Recyclingdienste für abgelaufene Packungen an
- Proaktive Verbreitung von Sicherheitsinformationen zur richtigen Handhabung, Risiken und Vorsichtsmaßnahmen
Diese Lebenszyklus-Denkweise maximiert den ROI von Investitionen in kundenspezifische Lithium-Ionen-Batterien.
Sicherheitsüberlegungen zu Lithium-Ionen-Batterien
Die Arbeit mit Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien erfordert strenge Sicherheitsprotokolle, da bei unsachgemäßer Handhabung die Gefahr einer Entflammbarkeit besteht. Zu den wichtigsten Vorsichtsmaßnahmen bei der Herstellung gehören:
- Passivierung von Elektrodenschrott und verbrauchten Zellen in Sandbehältern vor der Entsorgung
- Abgrenzung ausgewiesener Lithium-Lagerbereiche durch feuerfeste Schränke und Unterdrückung
- Durchsetzung persönlicher Schutzausrüstung wie Handschuhe, Schutzbrillen und flammhemmende Kleidung
- Vermeiden Sie das Laden der Zelle in der Nähe von brennbaren Materialien oder Dämpfen
- Verwenden Sie nur nicht leitende Werkzeuge, die für die Montage von Lithiumbatterien vorgesehen sind
- Verbot von Schmuck oder lockerer Kleidung in der Nähe von sich bewegenden Maschinen
- Schulung des Personals in der Zellfertigung und Packungsmontage zur Sicherheit von Lithiumbatterien
Die strikte Einhaltung der Lithium-Ionen-Sicherheitspraktiken schützt Personal und Einrichtungen.
Indem Unternehmen die Entwicklung spezialisierter Lithium-Ionen-Batterien als funktionsübergreifende technische Herausforderung angehen, die eine strenge Validierung erfordert, können sie erfolgreich kundenspezifische Pakete bauen, die einzigartige Leistungsfähigkeiten freisetzen.
In Verbindung stehende Artikel:
