Talian Pemasangan Pek Bateri Dijelaskan: Daripada Isih kepada BMS

Pengarang: Dany Huang, Ph.D.

Ketua Pegawai Eksekutif & Ketua R&D, Tenaga Baharu TOB

Ringkasan Eksekutif & Ambilan Utama

Peralihan daripada pembuatan sel ion litium-individu kepada memasang-pek bateri voltan tinggi ialah tempat kejuruteraan elektrokimia bertemu-penyepaduan mekanikal berketepatan tinggi. Sel 21700 yang dihasilkan dengan sempurna tidak berguna jika ia dikimpal ke dalam pek yang tidak sepadan.

• "Kesan Tong" adalah Mutlak:Jumlah kapasiti dan jangka hayat pek bateri sepenuhnya ditentukan oleh sel individu yang paling lemah. Sisihan kecil dalam rintangan dalaman (IR) atau Voltan Litar Terbuka (OCV) akan menyebabkan kapasiti pramatang pudar merentasi keseluruhan modul.

• Pengisihan ialah Asas:Pengisihan sel automatik bukan pemeriksaan kualiti pilihan; ia adalah garis asas matematik asas pemasangan pek. Mengelompokkan sel dengan toleransi IR dalam ± 1 mΩ dan voltan dalam ± 5 mV adalah wajib untuk aplikasi EV dan ESS.

• Integriti Kimpalan Menentukan Keselamatan:Sama ada menggunakan-kimpalan titik rintangan dua sisi atau kimpalan laser automatik, ikatan metalurgi antara terminal sel dan bar bas mesti menahan getaran yang teruk dan pengembangan haba tanpa mendorong kimpalan palsu.

• Ujian BMS Mengesahkan Otak:Sistem Pengurusan Bateri (BMS) adalah satu-satunya perkara yang berdiri di antara pek anda dan pelarian haba. Peralatan ujian BMS yang komprehensif mesti mensimulasikan keadaan kerosakan yang melampau-caj berlebihan, nyahcas dalam dan litar-pintasan-sebelum pek dimeterai.

Seni Bina Barisan Pemasangan Pek Bateri Turnkey

Ramai pengeluar tersilap melihat pemasangan pek sebagai proses mekanikal yang mudah-melekatkan sel bersama-sama dan menampar jalur nikel di atasnya. Pemikiran lapuk ini menyebabkan begitu banyak pemula EV (e-}basikal) dan sistem storan tenaga (ESS) ringan menghadapi tuntutan waranti bencana dalam tahun pertama penggunaan.

Hasil yang moden dan tinggi-.barisan pemasangan pek bateriialah aliran kerja-didorong data dan sangat automatik. Setiap sel tunggal mesti dijejaki, diukur, dipadankan, dikimpal dan disahkan di bawah Sistem Pelaksanaan Pembuatan (MES) bersatu. Jika anda tidak dapat mengesan OCV tepat sel #45 dalam pek 100S10P kembali kepada data pengisihan asalnya, anda tidak mempunyai barisan pengeluaran; anda mempunyai liabiliti.

Di bawah ialah pecahan kejuruteraan langkah-demi{1}}langkah yang muktamad bagi aliran kerja pemasangan pek profesional, yang menyerlahkan titik kegagalan kritikal yang kebanyakan pengurus pengeluaran terlepas.

Peringkat 1: Kritikal Pengisihan dan Pemadanan Sel

Jika anda mengambil hanya satu prinsip kejuruteraan daripada panduan ini, biarkan ia seperti ini:Jangan sekali-kali memasang sel yang tidak dapat ditandingi.

Apabila anda menyambungkan sel secara bersiri (untuk meningkatkan voltan) dan selari (untuk meningkatkan kapasiti), ia bertindak sebagai satu unit. Semasa pengecasan, jika satu sel dalam rentetan siri mempunyai rintangan dalaman (IR) yang jauh lebih tinggi daripada jirannya, ia akan mencapai ambang potong voltan dengan lebih cepat. BMS akan mendaftarkan rentetan sebagai "dicas sepenuhnya" dan memotong arus pengecasan, walaupun sel lain hanya pada kapasiti 85%.

Semasa pelepasan, sebaliknya berlaku. Sel "lemah" mencecah pemotongan voltan rendah terlebih dahulu, mematikan pek sementara sel lain masih memegang tenaga. Fenomena ini, yang dikenali sebagai Kesan Barrel, secara drastik mengurangkan kapasiti boleh guna pek anda dan mempercepatkan kemerosotan setempat.

Mesin Isih Sel Automatik: Barisan Pertahanan Pertama Anda

Untuk mengelakkan Kesan Tong, sel silinder masuk (18650, 21700, 4680) atau sel prismatik mesti dijalankan melalui mesin pengisihan automatik.

modenmesin menyusun sel baterijangan bergantung pada bacaan multimeter manual. Mereka menggunakan penguji impedans AC yang sangat ditentukur (biasanya berukuran pada 1 kHz) dan voltmeter ketepatan untuk memprofilkan setiap sel dalam milisaat.

Parameter Isih Standard untuk Pek Prestasi Tinggi-:

• Rintangan Dalaman AC (ACIR):Toleransi dikawal ketat dalam ± 1 mΩ hingga ± 2 mΩ.

• Voltan Litar Terbuka (OCV):Toleransi dikawal dalam ± 5 mV hingga ± 10 mV.

• Kapasiti (jika menggunakan stok gred):Dipadankan dalam sisihan 1%.

Wawasan Kejuruteraan:Jangan mengisih sel serta-merta selepas menerimanya daripada penghantaran. Sel ion litium-mengalami kelonggaran voltan dan-nyahcas sendiri semasa transit. Untuk memperoleh bacaan OCV yang tepat, sel mesti disimpan dalam -persekitaran terkawal suhu (25 darjah ± 2 darjah ) selama sekurang-kurangnya 48 hingga 72 jam sebelum menjalankannya melalui mesin pengisih.

Peringkat 2: Pemasangan Struktur dan Pengesahan Polariti

Sebaik sahaja anda mempunyai kumpulan sel yang dipadankan dengan sempurna, ia mesti dilindungi dari segi struktur. Getaran adalah musuh sambungan yang dikimpal. Jika sel-sel bergerak secara bebas di dalam pek semasa operasi (seperti dalam skuter elektrik yang bergerak di atas rupa bumi yang kasar), bar bas nikel akan mengalami kelesuan logam dan akhirnya terputus.

Kurungan Sel dan Penebat

Sel dimasukkan ke dalam kurungan-polikarbonat kalis api atau plastik ABS. Kurungan ini mempunyai tiga fungsi kritikal:

1. Ketegaran Mekanikal:Mereka mengunci sel ke dalam grid tetap, memindahkan kejutan fizikal dari titik kimpalan.

2. Jarak Terma:Mereka menguatkuasakan jurang udara wajib (biasanya 1mm hingga 2mm) antara sel silinder. Jurang ini penting untuk pelesapan haba; jika sel memasuki pelarian haba, jarak menghalang penyebaran terma segera ke sel bersebelahan.

3. Pengasingan Elektrik:Ia menghalang selongsong luar sel bersebelahan (yang membawa cas negatif dalam format silinder standard) daripada menyentuh dan menyebabkan litar pintas jika balutan susut PVC rosak.

Pemeriksaan Kekutuban CCD

Sebelum pek bergerak ke stesen kimpalan, ia mesti menjalani pemeriksaan visual automatik. Satu sel yang dimasukkan secara terbalik (kekutuban terbalik) akan menyebabkan litar pintas bencana serta-merta sebaik sahaja bar bas dikimpal merentasinya. Kamera CCD berkelajuan tinggi-mengimbas matriks sel, menggunakan pengecaman imej untuk mengesahkan bahawa terminal positif (butang atas) dan negatif (rata) sepadan dengan skema siri/selari yang dimaksudkan dengan tepat.

Peringkat 3: Proses Kimpalan – Rintangan lwn Laser

Sambungan elektrik antara sel individu dan terminal utama pek dicapai melalui bar bas-biasanya jalur nikel tulen, nikel-keluli bersalut atau, dalam-aplikasi kuasa tinggi, komposit aluminium atau kuprum.

Kaedah yang digunakan untuk menggabungkan bar bas ini ke terminal sel menentukan rintangan dalaman sambungan dan ketahanan mekanikal pek.

-Kimpalan Titik Rintangan Mikro (Berdua-Bermuka)

Untuk sebahagian besar pek sel silinder (e-basikal, alatan kuasa, modul ESS standard),-kimpalan titik rintangan automatik dua sisi ialah standard industri.

Themesin kimpalan titik automatikmenggunakan bekalan kuasa DC -penyongsang frekuensi tinggi atau bekalan kuasa transistor. Ia menggunakan tekanan setempat melalui dua pin kimpalan alumina-kuprum dan menghantar denyutan arus yang besar untuk pecahan sesaat (biasanya 5 hingga 15 milisaat). Rintangan elektrik pada antara muka antara jalur nikel dan selongsong sel keluli menghasilkan haba setempat yang sengit, mencairkan kedua-dua logam bersama-sama untuk membentuk "nugget."

Mengelakkan "Kimpalan Palsu" (Pseudo-kimpalan):

Kimpalan palsu kelihatan boleh diterima secara visual tetapi tidak mempunyai penembusan metalurgi. Jika anda mencungkil jalur nikel dari kimpalan yang baik, ia akan mengoyakkan lubang pada jalur, meninggalkan nuget kimpalan melekat pada sel (ujian tarik pemusnah yang berjaya). Kimpalan palsu akan keluar dengan bersih.

Untuk mengelakkan ini, jurutera pengeluaran mesti sentiasa memantau:

• Pakai Pin Elektrod:Petua mesti difailkan dan berpakaian dengan kerap. Pin kusam atau teroksida merebak arus ke kawasan yang terlalu luas, mengurangkan kedalaman penembusan.

• Tekanan pneumatik:Jika tekanan kepala kimpalan terlalu ringan, rintangan sentuhan terlalu tinggi, menyebabkan permukaan percikan dan pembakaran. Jika tekanan terlalu berat, arus memintas antara muka sepenuhnya.

Kimpalan Laser untuk -Pek Kuasa Tinggi

Semasa kami bergerak ke arah sel prismatik-berkapasiti tinggi dan seni bina EV yang besar, kimpalan titik tradisional bergelut untuk menembusi bar bas tembaga atau aluminium yang tebal. Di sini, kimpalan laser gentian mengambil alih. Kimpalan laser menawarkan kimpalan jahitan rintangan-berterusan dan rendah dengan Zon Terjejas Haba (HAZ) yang sangat dikawal. Walau bagaimanapun, ia memerlukan lebih banyak pelaburan modal dan kawalan atmosfera yang sangat ketat untuk mengelakkan perisai plasma dan keliangan kimpalan.

Peringkat 4: Integrasi BMS – Otak Operasi

Pek bateri kini bersatu secara struktur dan elektrik, tetapi ia adalah "bodoh." Tanpa Sistem Pengurusan Bateri (BMS), kimia ion litium{1}} sememangnya tidak stabil dan berbahaya.

BMS ialah papan litar bercetak kompleks (PCB) yang memantau keadaan setiap kumpulan selari dalam pek. Abah-abah pendawaian mesti disalurkan dengan teliti dan dipateri (atau dikimpal secara ultrasonik) dari BMS ke terminal positif setiap sambungan siri tunggal.

Fungsi Teras BMS:

1. Perlindungan Caj Terlebih:Memutuskan sambungan litar jika sebarang rentetan sel melebihi voltan selamat maksimum (cth, 4.25V untuk NMC, 3.65V untuk LFP).

2. Lebih-Perlindungan pelepasan:Memotong kuasa jika mana-mana rentetan jatuh di bawah voltan selamat minimum, menghalang pembubaran kuprum tidak boleh dipulihkan di anod.

3. Perlindungan Arus Lebih / Litar pintas:Menggunakan MOSFET atau penyentuh untuk memutuskan sambungan dengan serta-merta jika arus nyahcas meningkat melebihi had reka bentuk.

4. Pemantauan Suhu:Menggunakan termistor NTC yang ditanam dalam matriks sel untuk memantau haba. Jika suhu melebihi had operasi yang selamat (biasanya 65 darjah ), BMS akan menutup pek tersebut.

5. Pengimbangan Pasif/Aktif:Mengeluarkan lebihan tenaga daripada sel voltan-tertinggi pada penghujung kitaran cas melalui perintang pintasan, membenarkan sel-voltan yang lebih rendah untuk "mengejar." Beginilah cara BMS melawan Kesan Barrel sepanjang jangka hayat pek.

Peringkat 5: Ujian BMS dan Pek Komprehensif

Anda tidak boleh menganggap BMS telah berwayar dengan betul atau perisian tegarnya berfungsi dengan betul. BMS yang rosak akan membolehkan pek mengecas terus ke dalam pelarian haba.

Sebelum pembungkusan akhir, keseluruhan pemasangan mesti disambungkan ke industriPeralatan ujian BMSdan penghujung-penguji pek-baris (EOL).

Protokol Pengujian BMS

Penguji BMS mensimulasikan kelakuan sel bateri untuk mengesahkan bahawa logik perlindungan pada papan dicetuskan pada mikrosaat tepat yang sepatutnya.

• Simulasi Voltan:Penguji secara buatan menyuntik isyarat voltan tinggi (cth, 4.3V) ke dalam salah satu wayar penderiaan. Peralatan mengesahkan bahawa MOSFET BMS serta-merta mencetuskan pemotongan caj berlebihan-dimatikan.

• Suntikan semasa:Penguji memacu nadi arus yang besar dan segera melalui salur nyahcas utama untuk mengesahkan masa tindak balas perlindungan litar{0}} pendek (yang mesti bertindak balas dalam mikrosaat).

• Pengesahan Pengimbangan:Penguji memantau litar pengimbangan untuk memastikan perintang berdarah diaktifkan apabila delta voltan simulasi diperkenalkan merentasi rentetan.

Ujian Pek EOL Akhir

Setelah BMS disahkan, pek yang lengkap dijalankan melalui-penguji-Barisan Akhir. Mesin ini menjalankan pemeriksaan holistik terakhir:

• Rintangan Dalaman AC Pek Jumlah.

• Jumlah Voltan Litar Terbuka.

• Ujian-tinggi (Dielektrik Tahan): Menggunakan voltan tinggi antara terminal hidup dan selongsong luar pek untuk memastikan tiada kerosakan penebat atau arus bocor.

• Kitaran pengecasan/penyahcasan yang ringkas dan tinggi-untuk mengesahkan keseluruhan keupayaan penghantaran kuasa.

Enkapsulasi Akhir dan Penuaan

Hanya selepas lulus semua ujian EOL, pek itu akhirnya dimeteraikan. Untuk pek standard, ini melibatkan pembalut pemasangan dalam papan gentian kaca epoksi dan mengecilkan-lengan PVC tugas berat di sekelilingnya. Untuk aplikasi ESS dan EV, pek itu diturunkan ke dalam kepungan aluminium atau keluli bertaraf IP67, berpasu dengan pelekat struktur konduktif terma, dan ditutup dengan bolt.

Akhir sekali, pek yang telah siap menjalani proses penuaan (biasanya 7 hingga 14 hari) dalam-gudang yang dipantau suhu. Ini membolehkan kimia dalaman pek menstabilkan dan mendedahkan sebarang-seluar pendek mikro tertunda atau kimpalan yang rosak sebelum produk dihantar kepada pengguna akhir.

Kejuruteraan Barisan Pek Seterusnya Anda?

Menyumber mesin kendiri daripada vendor yang berbeza membawa kepada mimpi ngeri penyepaduan perisian dan masa kitaran yang tidak sepadan. Jurutera TOB New Energy bersepadu sepenuhnya, talian pemasangan pek bateri turnkey. Daripada pengisihan sel automatik dan pemeriksaan CCD kepada kimpalan servo dwi-sisi dan ujian EOL akhir, peralatan kami berkomunikasi dengan sempurna di bawah MES bersatu. Berikan kami kapasiti pek sasaran anda dan keperluan keluaran harian, dan pasukan kejuruteraan kami akan menyampaikan pelan tindakan kilang yang komprehensif.