Ключевой вывод:
- Производство индивидуальных литий-ионных аккумуляторов требует точного проектирования, контроля качества и соблюдения стандартов безопасности. Этот процесс включает сбор требований, выбор ячеек, параллельное проектирование, прототипирование, сертификацию, планирование производства и поддержку жизненного цикла.
Разработка индивидуальные решения для аккумуляторов требует обширных знаний в области электротехники, механики и обеспечения качества. Хотя стандартные литиевые блоки могут не полностью соответствовать конкретным потребностям в мощности, энергии, размере или функциональности, индивидуальный блок, созданный с учетом уникальных требований, обеспечивает оптимизированное решение.
Однако процесс проектирования, сертификации и производства специализированных литий-ионных аккумуляторов сильно отличается от стандартных вариантов. В следующем материале мы рассмотрим каждый этап производства на техническом уровне, в том числе:
- Контроль критически важных процессов для обеспечения согласованности
- Методы повышения производительности в условиях ограничений
- Методы проверки качества и надежности упаковки
- Протоколы безопасности при работе с литий-ионными элементами
- Отраслевые правила, регулирующие производство литиевых батарей
Давайте рассмотрим, как наши экспертные инженерные группы подходят к созданию индивидуальных литий-ионных аккумуляторных батарей, адаптированных для самых требовательных приложений.
Ключевые этапы производства индивидуальной упаковки
Наши основные этапы разработки и производства индивидуальных литий-ионных аккумуляторов включают в себя:
- Сбор первоначальных требований и проектирование
- Тщательный выбор ячеек и поиск поставщиков
- Электротехника и машиностроение
- Проверка дизайна прототипа
- Тестирование и сертификация безопасности
- Планирование производства и разработка процессов
- Изготовление ячеек со строгим контролем процесса
- Прецизионные приспособления для сборки аккумуляторов и автоматизация
- Строгий контроль качества на протяжении всего производства
- Поддержка установки и контроль срока службы упаковки
Далее мы подробно рассмотрим каждый этап, включая технические аспекты, уникальные для производства индивидуальных аккумуляторных решений.
Определение требований к продукту
Тщательное отражение требований к индивидуальным литиевым батареям в документе с требованиями к продукту (PRD) является обязательным условием для инженерных групп, чтобы правильно спроектировать оптимизированное решение. Ключевые параметры, которые необходимо определить, включают в себя:
Электрический
- Требуемая мощность, плотность энергии и Напряжение
- Пиковый ток и мощность для максимальной нагрузки
- Целевой внутренний импеданс и сопротивление
- Диапазоны рабочих температур и требования к рассеиванию тепла
- Характеристики зарядки – постоянный ток, многоступенчатый и т. д.
Механический
- Ограничения по весу и размеру
- Точки крепления, рамы и зазоры
- Выбор материала корпуса
- Требования к экологической герметизации и степень защиты (IP)
- Требования к устойчивости к вибрации, ударам и раздавливанию
Функциональный
- Расчетный цикл и календарный срок службы при определенном DOD
- Ограничения скорости саморазряда на холостом ходу
- Требуемые интерфейсы связи и регистрация данных
- Любые дополнительные датчики или электроника, необходимые
Качество & Программа
- Целевые показатели дефектов и погрешность
- Обязательные сертификаты, такие как UL 1642 или И 38,3
- Бюджетные ограничения и потолок затрат
- Планируйте ожидания и вехи
Тщательный сбор требований предотвращает внесение изменений в проект на поздней стадии.
Выбор высокопроизводительных литий-ионных элементов
В основе любой индивидуальной литий-ионной аккумуляторной батареи лежит выбор встроенных ячеек. Наш выбор ячеек для индивидуальных упаковок включает в себя:
- Определение оптимального химического состава литий-ионных элементов – никель-марганец-кобальт (NMC), литий-железо-фосфат (ЛФП), и т. д.
- Оценка доступных форматов ячеек – цилиндрических, пакетчатых или призматических.
- Проверка возможностей ячейки, показателей качества и производственных мощностей
- При необходимости получение образцов цилиндрических и ламинированных ячеек от поставщиков для проведения прямых испытаний.
- Сравнение тестов производительности ячеек – плотность энергии, удельная мощность, ресурс, безопасность
- Завершение ключевых компромиссов оптимизации ячейки – расходы, питание, срок службы, форм-фактор
Развитие литий-ионных элементов ежегодно расширяет границы производительности. Использование современной сотовой технологии имеет решающее значение для максимизации возможностей индивидуальной упаковки.
Электротехника и машиностроение
Для оптимизации конструкции индивидуальной упаковки с учетом ограничений необходимо одновременное электротехническое и механическое проектирование.
Электротехника
- Разработка геометрии шин и методов подключения для достижения требуемой токовой мощности и минимизации сопротивления.
- Прокладка жгутов проводов для обеспечения технологичности и удобства обслуживания.
- Выбор предохранителей и аккумуляторных реле для обеспечения защиты от неисправностей до максимального тока
- Расположение и количество термисторов для точного мониторинга температуры
- Оптимизация сенсорных и коммуникационных интерфейсов для необходимых периферийных устройств
Машиностроение
- Выбор материала корпуса с учетом соотношения стоимости, прочности, веса и технологичности
- Внутренний компонент расстояние, обеспечивающее достаточный поток воздуха для управления температурным режимом
- Точки крепления, рамы, раскосы для обеспечения необходимой жесткости конструкции.
- Фиксатор ячейки, жгут и конструкция крепления предотвращают повреждение от ударов или вибрации
- Способы соединения – сварка, пайка, механическое крепление.
- Моделирование термических параметров для создания каналов охлаждения, распределителей тепла и изоляции.
Объединение электротехники и машиностроения необходимо для того, чтобы избежать неоптимальных компромиссов при разработке индивидуальной конструкции аккумуляторов.
Проверка проекта посредством прототипирования
Создание и оценка нескольких прототипов конструкции является обязательным условием разработки индивидуальной литиевой батареи. Прототипирование позволяет:
- Проверка механической формы и подгонки с использованием корпусов, напечатанных на 3D-принтере
- Подтверждение соответствия электрических характеристик требованиям
- Проверка управления температурным режимом поддерживает температуру ячеек
- Уточнение размещения датчиков BMS, элементов управления и алгоритмов
- Проверка устойчивости к вибрации с помощью испытаний на вибростенде
- Проверка безопасности конструкции посредством анализа видов отказов и последствий
- Повышение технологичности на основе оценок сборки
Повторное прототипирование выявляет недостатки, не заметные при компьютерном проектировании.
Обязательные сертификаты безопасности
Получение сертификатов безопасности и нормативных сертификатов подтверждает соответствие упаковки:
- UL 1642 – Критическая сертификация безопасности литий-ионных аккумуляторов от Underwriters Laboratories.
- IEC 62133 – Международный стандарт, определяющий требования безопасности для портативных герметичных вторичных элементов.
- И 38,3 – Методика испытаний ООН для безопасной перевозки литиевых батарей.
- Маркировка CE – подтверждает соответствие европейским стандартам в области здравоохранения, безопасности и окружающей среды.
- FCC – проверяет электромагнитную совместимость и пределы помех.
- РоХС – Директива Европейского Союза об ограничении использования опасных веществ
Тестирование проводится аккредитованными лабораториями, которые выдают официальные сертификаты после выполнения требований.
Планирование производства и совершенствование процессов
Тщательное предварительное планирование предотвращает невынужденные ошибки во время производства:
- Создание полных спецификаций материалов с указанием утвержденных поставщиков и деталей.
- Разработка сборочных приспособлений, приспособлений и инструментов для безошибочного производства.
- Определение автоматизированных и ручных испытательных станций, необходимых для управления процессом.
- Разработка подробных операторских инструкций по сборке и испытаниям.
- Анализ производственных площадок на предмет потребностей в пространстве, энергетике, охране окружающей среды и безопасности.
- Планирование логистики цепочки поставок компонентов и запасов ячеек
- Подбор и обучение компетентных специалистов по изготовлению ячеек и сборке упаковок.
- Внедрение статистического контроля процессов для отслеживания ключевых показателей эффективности.
Продуманное планирование процессов приводит к качественным результатам.
Строгие этапы контроля качества
Постоянное качество подтверждается проверками до, во время и после производства:
Входной контроль качества (IQC) – обеспечивает соответствие сырья и компонентов спецификациям.
- Проверка поступающих литий-ионных элементов – проверка емкости, профилей напряжения и классификации
- Проверка пластин, фольги, сепараторов перед изготовлением ячеек
- Проверка партий печатных плат на наличие дефектов
- Проверка деталей упаковки, таких как корпуса и разъемы
Внутрипроизводственный контроль качества (IPQC) – поддерживает работоспособность и стабильность процесса.
- Статистический контроль процессов (SPC) с отслеживанием критических параметров
- Количество дефектов, частота выборки и постоянное улучшение
- Проверка ячеек и упаковки на каждом этапе сборки
- Аудит процессов, обеспечивающий соблюдение процедур
Окончательный контроль качества продукции (FPQC) — подтверждает качество упаковки перед отправкой.
- Проверка размеров по чертежам
- Проверка емкости блока, внутреннего сопротивления и повышения температуры
- Рентгеновский контроль внутренних соединений
- Подтвердить соответствие конструкции проекту – тепловые зазоры, зазоры и т. д.
- Запустите функциональные тесты под нагрузкой, чтобы проверить производительность.
Надежный контроль качества имеет решающее значение для обеспечения повторяемости процесса и устранения дефектов.
Изготовление литий-ионных элементов
Производство призматических или карманных литий-ионных элементов с консистенцией, необходимой для сборка упаковки требует жестко контролируемой среды и процессов. Этапы изготовления клеток включают в себя:
- Смешивание – Составление катодных и анодных суспензий со строгим контролем состава
- Нанесение покрытия – равномерное нанесение электродного покрытия на фольгу токосъёмника.
- Каландрирование – точная регулировка толщины покрытия электрода
- резка – Нарезка электродных листов на определенную ширину
- Намотка/пакетирование – намотка цилиндрических или многослойных электродов с сепаратором.
- Сварка пластин – приварка клемм ячейки вдоль кромок электрода.
- Заполнение электролитом – впрыск жидкого электролита в ячейку.
- Формирование - Начальный цикл зарядки-разрядки, активирующий электроды.
- Старение – взлом и стабилизация клеток перед тестированием
- Классификация — группировка ячеек в ячейки по проверенной емкости, импедансу и профилю напряжения.
Поддержание технологических возможностей обеспечивает согласованность ячеек, необходимую для сборки упаковки. Вариации мелких ячеек увеличиваются, когда их умножают на тысячи в упаковке.
Процесс сборки аккумуляторной батареи
Сборка элементов и компонентов в прочный аккумуляторный блок требует тщательной сборки:
- Сопоставление ячеек по классам для минимального разнообразия
- Последовательное электрическое соединение ячеек посредством сварки или крепежа.
- Закрепление ячеек в специальных приспособлениях во время сборки упаковки
- Прокладка и крепление жгутов проводов высокого напряжения
- Монтаж и термическое сопряжение плат силовой электроники
- Нанесение термоинтерфейсного материала между ячейками
- Крепление шин с точными моментами затяжки
- Интеграция компонентов в металлические или пластиковые корпуса
- Плиты с конформным покрытием для защиты окружающей среды
- Герметизация узлов эпоксидной смолой или силиконом для обеспечения жесткости конструкции.
- Затягивайте крепежные детали во время процесса для проверки целостности сборки.
Каждый этап производства должен соответствовать строго определенным процессам и критериям приемки, чтобы гарантировать надежность конечной продукции.
Вопросы установки, эксплуатации и жизненного цикла
После изготовления первостепенное значение имеет правильная поддержка упаковки на протяжении всего срока службы:
- Предоставление подробных рекомендаций по установке для правильной интеграции пакетов.
- Встроенная регистрация данных, отслеживающая использование, предупреждающие флаги и коды неисправностей
- Анализ полевых данных для постоянного улучшения будущих проектов
- Доставка обновлений прошивки для расширения возможностей и исправления ошибок.
- Предлагает услуги по ремонту, восстановлению или переработке упаковок с истекшим сроком годности.
- Активное распространение информации о безопасности, правильном обращении, рисках и мерах предосторожности.
Такой подход к жизненному циклу максимизирует окупаемость инвестиций в индивидуальные литий-ионные аккумуляторы.
Соображения безопасности литий-ионных аккумуляторов
Работа с литий-ионными элементами и батареями требует строгих протоколов безопасности, учитывая риск воспламенения при неправильном обращении. К основным производственным мерам предосторожности относятся:
- Пассивация лома электродов и отработанных элементов в контейнерах с песком перед утилизацией.
- Разграничение отведенных мест хранения лития с помощью противопожарных шкафов и средств подавления.
- Использование средств индивидуальной защиты, таких как перчатки, очки и огнестойкая одежда.
- Избегайте зарядки аккумулятора вблизи легковоспламеняющихся материалов или паров.
- Используйте только токопроводящие инструменты, предназначенные для сборки литиевых батарей.
- Запрещение ювелирных украшений или свободной одежды рядом с движущимися механизмами.
- Обучение персонала по изготовлению элементов и сборке аккумуляторов технике безопасности литиевых батарей
Строгое соблюдение правил техники безопасности при использовании литий-ионных аккумуляторов защищает персонал и оборудование.
Подходя к разработке специализированных литий-ионных аккумуляторов как к межфункциональной инженерной задаче, требующей тщательной проверки, компании могут успешно создавать индивидуальные аккумуляторы, открывающие уникальные возможности производительности.
Статьи по Теме:
