Chìa khóa rút ra:
- Việc sản xuất bộ pin lithium-ion tùy chỉnh đòi hỏi kỹ thuật chính xác, kiểm soát chất lượng và tiêu chuẩn an toàn. Quá trình này bao gồm việc thu thập các yêu cầu, lựa chọn các tế bào, kỹ thuật đồng thời, tạo mẫu, chứng nhận, lập kế hoạch sản xuất và hỗ trợ vòng đời.
Đang phát triển giải pháp pin tùy chỉnh đòi hỏi chuyên môn sâu rộng về kỹ thuật điện, cơ khí và chất lượng. Mặc dù các gói lithium có sẵn có thể không đáp ứng đầy đủ các nhu cầu về năng lượng, năng lượng, kích thước hoặc chức năng cụ thể của ứng dụng, nhưng gói tùy chỉnh được xây dựng theo các yêu cầu riêng sẽ cung cấp giải pháp tối ưu hóa.
Tuy nhiên, quy trình thiết kế, chứng nhận và sản xuất gói lithium-ion chuyên dụng khác rất nhiều so với quy trình tiêu chuẩn. Trong nội dung sau, chúng ta sẽ khám phá từng bước sản xuất ở cấp độ kỹ thuật, bao gồm:
- Kiểm soát quy trình quan trọng để đảm bảo tính nhất quán
- Kỹ thuật để tối đa hóa hiệu suất trong những hạn chế
- Các phương pháp xác minh chất lượng và độ tin cậy của gói
- Giao thức an toàn khi xử lý pin lithium-ion
- Các quy định của ngành quản lý việc sản xuất pin lithium
Hãy cùng xem xét cách đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp của chúng tôi tiếp cận việc xây dựng các bộ pin lithium-ion tùy chỉnh phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất.
Các giai đoạn chính trong sản xuất gói tùy chỉnh
Các giai đoạn chính của chúng tôi trong việc phát triển và sản xuất các bộ pin lithium-ion tùy chỉnh bao gồm:
- Thu thập và thiết kế các yêu cầu ban đầu
- Lựa chọn và tìm nguồn cung ứng tế bào chuyên sâu
- Kỹ thuật điện và cơ khí
- Xác nhận thiết kế nguyên mẫu
- Kiểm tra và chứng nhận an toàn
- Lập kế hoạch sản xuất và phát triển quy trình
- Chế tạo tế bào với quy trình kiểm soát nghiêm ngặt
- Thiết bị lắp ráp pin chính xác và tự động hóa
- Kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt trong suốt quá trình sản xuất
- Hỗ trợ cài đặt và theo dõi tuổi thọ gói
Tiếp theo, chúng ta sẽ khám phá chi tiết từng giai đoạn, bao gồm các cân nhắc kỹ thuật dành riêng cho việc sản xuất các giải pháp pin tùy chỉnh.
Xác định yêu cầu sản phẩm
Việc nắm bắt kỹ lưỡng các yêu cầu về pin lithium tùy chỉnh trong tài liệu yêu cầu sản phẩm (PRD) là điều bắt buộc để các nhóm kỹ thuật thiết kế đúng giải pháp tối ưu hóa. Các thông số chính phải được xác định bao gồm:
Điện
- Công suất yêu cầu, mật độ năng lượng và Vôn
- Dòng điện và công suất cực đại cho tải tối đa
- Mục tiêu trở kháng và kháng nội bộ
- Phạm vi nhiệt độ hoạt động và nhu cầu tản nhiệt
- Đặc tính sạc – dòng điện không đổi, nhiều giai đoạn, vv
Cơ khí
- Giới hạn về trọng lượng và kích thước
- Điểm lắp, khung và khoảng trống
- Lựa chọn vật liệu bao vây
- Nhu cầu niêm phong môi trường và xếp hạng bảo vệ xâm nhập (IP)
- Yêu cầu về khả năng chống rung, sốc, nghiền nát
chức năng
- Chu kỳ và thời gian tồn tại theo lịch ước tính tại DOD xác định
- Giới hạn tốc độ tự xả khi không tải
- Giao diện truyền thông và ghi dữ liệu cần thiết
- Bất kỳ cảm biến hoặc thiết bị điện tử bổ sung nào cần thiết
Chất lượng & Chương trình
- Tỷ lệ sai sót mục tiêu và tỷ lệ sai sót
- Các chứng chỉ bắt buộc như UL 1642 hoặc VÀ 38,3
- Hạn chế về ngân sách và trần chi phí
- Lập kế hoạch kỳ vọng và các cột mốc quan trọng
Việc thu thập yêu cầu cẩn thận sẽ ngăn chặn những thay đổi thiết kế ở giai đoạn cuối.
Lựa chọn pin Lithium-Ion hiệu suất cao
Nền tảng của bất kỳ bộ pin lithium-ion tùy chỉnh nào đều nằm ở việc lựa chọn các tế bào tích hợp. Lựa chọn ô của chúng tôi cho các gói tùy chỉnh bao gồm:
- Xác định thành phần hóa học tối ưu của tế bào lithium-ion – coban mangan niken (NMC), lithium sắt photphat (LFP), vân vân.
- Đánh giá các định dạng ô có sẵn - hình trụ, túi hoặc hình lăng trụ
- Kiểm tra khả năng của tế bào, hồ sơ theo dõi chất lượng và năng lực sản xuất
- Tìm nguồn cung ứng mẫu tế bào hình trụ và tế bào nhiều lớp từ các nhà cung cấp để thử nghiệm trực tiếp nếu cần
- So sánh điểm chuẩn hiệu suất của tế bào – mật độ năng lượng, công suất riêng, tuổi thọ, độ an toàn
- Hoàn thiện các cân bằng quan trọng trong việc tối ưu hóa ô – trị giá, cung cấp năng lượng, tuổi thọ, hệ số dạng
Những cải tiến về pin lithium-ion tiếp tục mở rộng ranh giới hiệu suất hàng năm. Tận dụng công nghệ di động tiên tiến là rất quan trọng để tối đa hóa khả năng đóng gói tùy chỉnh.
Kỹ thuật điện và cơ khí
Cần có kỹ thuật cơ và điện đồng thời để tối ưu hóa thiết kế gói tùy chỉnh trong giới hạn.
Kỹ thuật điện
- Thiết kế hình dạng thanh cái và phương pháp kết nối để đạt được công suất dòng điện yêu cầu và giảm thiểu điện trở
- Định tuyến khai thác dây để cho phép khả năng sản xuất và bảo trì
- Kích thước rơle cầu chì và pin để cung cấp khả năng bảo vệ lỗi ở mức tối đa
- Vị trí và số lượng điện trở nhiệt để theo dõi nhiệt độ chi tiết
- Tối ưu hóa giao diện cảm biến và truyền thông với các thiết bị ngoại vi cần thiết
Kỹ thuật cơ khí
- Lựa chọn vật liệu bao vây cân bằng giữa chi phí, độ bền, trọng lượng và khả năng sản xuất
- Nội bộ thành phần khoảng cách cho phép đủ luồng không khí để quản lý nhiệt
- Điểm gắn, khung, nẹp cho độ cứng kết cấu cần thiết
- Thiết kế bộ giữ tế bào, dây nịt và dây buộc ngăn ngừa hư hỏng do sốc hoặc rung
- Phương pháp kết nối – hàn, hàn, buộc cơ khí
- Mô hình hóa nhiệt để phát triển các kênh làm mát, bộ tản nhiệt và cách nhiệt
Sự kết hợp giữa kỹ thuật điện và cơ khí là điều cần thiết để tránh sự đánh đổi dưới mức tối ưu trong thiết kế pin tùy chỉnh.
Xác nhận thiết kế thông qua tạo mẫu
Xây dựng và đánh giá nhiều nguyên mẫu thiết kế là điều bắt buộc để phát triển pin lithium tùy chỉnh. Tạo nguyên mẫu cho phép:
- Kiểm tra hình dạng cơ học và độ vừa vặn bằng cách sử dụng vỏ in 3D
- Xác nhận hiệu suất điện đáp ứng yêu cầu
- Xác thực quản lý nhiệt duy trì nhiệt độ tế bào
- Tinh chỉnh vị trí, điều khiển và thuật toán của cảm biến BMS
- Đánh giá khả năng chống rung bằng thử nghiệm trên bàn lắc
- Xác minh an toàn thiết kế thông qua phân tích hiệu ứng và chế độ lỗi
- Cải thiện khả năng sản xuất dựa trên đánh giá lắp ráp
Việc tạo mẫu lặp đi lặp lại sẽ phát hiện ra những sai sót không rõ ràng trong quá trình kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính.
Chứng nhận an toàn bắt buộc
Đạt được các chứng nhận về an toàn và quy định sẽ xác minh sự tuân thủ của gói:
- UL 1642 – Chứng nhận quan trọng về an toàn pin lithium-ion từ Phòng thí nghiệm Underwriters
- IEC 62133 – Tiêu chuẩn quốc tế quy định các yêu cầu an toàn cho tế bào thứ cấp kín di động
- VÀ 38,3 – Phương pháp thử nghiệm của Liên Hợp Quốc về vận chuyển an toàn pin lithium
- Dấu CE - Xác nhận sự phù hợp với các tiêu chuẩn về sức khỏe, an toàn và môi trường của Châu Âu
- FCC – Xác nhận giới hạn tương thích điện từ và nhiễu
- RoHS – Chỉ thị hạn chế các chất độc hại của Liên minh Châu Âu
Việc kiểm tra được thực hiện bởi các phòng thí nghiệm được công nhận và cấp giấy chứng nhận chính thức sau khi đáp ứng được các yêu cầu.
Lập kế hoạch sản xuất và sàng lọc quy trình
Lập kế hoạch mặt trước tỉ mỉ sẽ ngăn ngừa các lỗi không đáng có trong quá trình sản xuất:
- Tạo hóa đơn vật liệu toàn diện chỉ định các nhà cung cấp và bộ phận được phê duyệt
- Thiết kế các đồ gá lắp ráp, đồ gá lắp và các công cụ phục vụ sản xuất tránh sai sót
- Xác định các trạm kiểm tra tự động và thủ công cần thiết để kiểm soát quá trình
- Phát triển hướng dẫn lắp ráp và kiểm tra chi tiết cho người vận hành
- Phân tích các cơ sở sản xuất về nhu cầu không gian, năng lượng, môi trường và an toàn
- Lập kế hoạch hậu cần chuỗi cung ứng cho các bộ phận và kho lưu trữ tế bào
- Tuyển dụng và đào tạo kỹ thuật viên sản xuất tế bào và lắp ráp gói có năng lực
- Thiết lập các biện pháp kiểm soát quy trình thống kê theo dõi các số liệu hiệu suất chính
Lập kế hoạch quy trình chu đáo sẽ mang lại kết quả chất lượng.
Các bước kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt
Chất lượng nhất quán được kiểm chứng thông qua việc kiểm tra trước, trong và sau sản xuất:
Kiểm soát chất lượng đầu vào (IQC) - Đảm bảo nguyên liệu thô và linh kiện đáp ứng các thông số kỹ thuật
- Kiểm tra pin lithium-ion đến – xác minh công suất, cấu hình điện áp và phân loại
- Kiểm tra tấm, lá, dải phân cách trước khi chế tạo tế bào
- Kiểm tra lỗi của lô bo mạch in
- Xác thực các bộ phận của gói như vỏ và đầu nối
Kiểm soát chất lượng trong quá trình (IPQC) - Duy trì khả năng và độ ổn định của quy trình
- Kiểm soát quy trình thống kê (SPC) theo dõi các thông số quan trọng
- Số lượng lỗi, tỷ lệ lấy mẫu và cải tiến liên tục
- Kiểm tra tế bào và gói ở mỗi bước lắp ráp
- Kiểm tra quy trình đảm bảo các thủ tục được tuân thủ
Kiểm soát chất lượng sản phẩm cuối cùng (FPQC) – Xác nhận chất lượng gói hàng trước khi giao hàng
- Kiểm tra kích thước so với bản vẽ
- Kiểm tra dung lượng gói, điện trở trong và độ tăng nhiệt độ
- Kiểm tra bằng tia X các kết nối bên trong
- Xác nhận việc xây dựng đáp ứng thiết kế – nhiệt độ, khe hở, v.v.
- Chạy thử nghiệm chức năng đang tải để xác minh hiệu suất
Kiểm soát chất lượng mạnh mẽ là rất quan trọng để thiết lập độ lặp lại của quy trình và loại bỏ các khiếm khuyết.
Chế tạo tế bào lithium-Ion
Sản xuất tế bào lithium-ion hình lăng trụ hoặc dạng túi với độ đồng nhất cần thiết cho lắp ráp gói yêu cầu các môi trường và quy trình được kiểm soát chặt chẽ. Các bước chế tạo tế bào bao gồm:
- Trộn – Tạo công thức bùn cực âm và cực dương với sự kiểm soát thành phần nghiêm ngặt
- Lớp phủ - Áp dụng đồng đều lớp phủ điện cực cho các lá thu dòng điện
- Calendering – Điều chỉnh chính xác độ dày lớp phủ điện cực
- Rạch – Cắt tấm điện cực thành các chiều rộng cụ thể
- Quấn/Xếp chồng – Quấn các điện cực hình trụ hoặc xếp chồng lên nhau bằng dải phân cách
- Hàn tab – Hàn đầu cực cell dọc theo mép điện cực
- Làm đầy chất điện phân – Tiêm chất điện phân dạng lỏng vào tế bào
- Sự hình thành – Các điện cực kích hoạt chu kỳ phóng điện ban đầu
- Lão hóa – Đột nhập và ổn định tế bào trước khi thử nghiệm
- Phân loại - Nhóm các ô vào các thùng theo công suất, trở kháng và cấu hình điện áp đã kiểm tra
Việc duy trì khả năng xử lý mang lại tính nhất quán của tế bào rất quan trọng cho việc lắp ráp gói. Các biến thể tế bào nhỏ sẽ phức tạp khi nhân với hàng nghìn trong một gói.
Quy trình lắp ráp bộ pin
Việc lắp ráp các tế bào và bộ phận vào một bộ pin chắc chắn đòi hỏi phải có kết cấu tỉ mỉ:
- Khớp các ô theo cấp độ để có sự thay đổi tối thiểu
- Các tế bào kết nối điện nối tiếp thông qua hàn hoặc ốc vít
- Bảo vệ các tế bào trong đồ đạc tùy chỉnh trong quá trình lắp ráp gói
- Định tuyến và bảo đảm dây điện cao áp
- Lắp đặt và giao tiếp nhiệt các bo mạch điện tử công suất
- Áp dụng vật liệu giao diện nhiệt giữa các tế bào
- Gắn các thanh cái với thông số mô-men xoắn chính xác
- Tích hợp các thành phần vào vỏ kim loại hoặc nhựa
- Tấm phủ phù hợp để bảo vệ môi trường
- Các cụm bầu bằng epoxy hoặc silicone để tăng độ cứng kết cấu
- Chốt kiểm tra mô-men xoắn trong quá trình để xác minh tính toàn vẹn của lắp ráp
Mỗi bước sản xuất phải tuân thủ các quy trình và tiêu chí chấp nhận được xác định nghiêm ngặt để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáng tin cậy.
Những cân nhắc về cài đặt, vận hành và vòng đời
Sau khi được sản xuất, việc hỗ trợ gói đúng cách trong suốt thời gian sử dụng là điều tối quan trọng:
- Cung cấp các phương pháp cài đặt chi tiết tốt nhất để tích hợp các gói một cách chính xác
- Việc sử dụng giám sát ghi nhật ký dữ liệu trên tàu, cờ cảnh báo và mã lỗi
- Phân tích dữ liệu hiện trường để liên tục cải tiến các thiết kế trong tương lai
- Cung cấp các bản cập nhật chương trình cơ sở để mở rộng khả năng và sửa lỗi
- Cung cấp dịch vụ sửa chữa, phục hồi hoặc tái chế các gói đã hết hạn
- Chủ động lưu hành thông tin an toàn về cách xử lý, rủi ro và biện pháp phòng ngừa thích hợp
Tư duy vòng đời này tối đa hóa ROI của các khoản đầu tư vào pin lithium-ion tùy chỉnh.
Những cân nhắc về an toàn của pin Lithium-Ion
Làm việc với pin và pin lithium-ion đòi hỏi phải có các quy trình an toàn nghiêm ngặt, có nguy cơ dễ cháy nếu xử lý không đúng cách. Các biện pháp phòng ngừa chính trong sản xuất bao gồm:
- Phế liệu điện cực thụ động và tế bào đã qua sử dụng trong thùng cát trước khi thải bỏ
- Phân định các khu vực lưu trữ lithium được chỉ định bằng tủ chống cháy và ngăn chặn
- Thực thi các thiết bị bảo hộ cá nhân như găng tay, kính bảo hộ và quần áo chống cháy
- Tránh sạc pin gần vật liệu hoặc hơi dễ cháy
- Chỉ sử dụng các công cụ không dẫn điện được thiết kế để lắp ráp pin lithium
- Cấm trang sức hoặc quần áo rộng gần máy móc di chuyển
- Đào tạo nhân viên chế tạo tế bào và lắp ráp gói về an toàn pin lithium
Tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp an toàn lithium-ion để bảo vệ nhân viên và cơ sở vật chất.
Bằng cách tiếp cận việc phát triển pin lithium-ion chuyên dụng như một thách thức kỹ thuật đa chức năng đòi hỏi phải xác nhận nghiêm ngặt, các công ty có thể xây dựng thành công các gói tùy chỉnh nhằm mở khóa các khả năng hiệu suất độc đáo.
Những bài viết liên quan:
