Module de batterie de puissance cylindrique, processus de conception et de fabrication

2022-08-25

  

  Parmi les trois principaux types de batteries de puissance, bien que les cellules cylindriques n'occupent pas la plus grande part de marché, en raison de leur utilisation répandue sur le marché des biens de consommation, leur normalisation de commercialisation est la plus mature. Après des années de précipitations, son savoir-faire est stable et cohérent. Les cellules cylindriques du matériau ternaire peuvent atteindre 210 ~ 250Wh/kg. Les batailles standardisées à grande échelle font que le module dispose également des conditions préalables à une production automatisée.


  La batterie cylindrique est petite, ce qui convient très bien au corps irrégulier du boîtier de batterie de l'espace, qui peut utiliser pleinement l'espace d'angle. Bien que le 18650 actuel soit confronté au problème d'être remplacé par le 21700, les besoins en énergie complexes et à petite échelle ne sont pas coûteux et plus sensibles, et le 18650 conservera toujours son propre monde dans un certain temps.


Structure basique

  

  Dans la conception du module de cellules en colonne, la structure du module est diversifiée. Elle est principalement déterminée en fonction des besoins des clients et des modèles, ce qui conduit in fine à différents procédés de fabrication du module. Le module est généralement composé de cellules de batterie, de supports supérieur et inférieur et de flux d'écoulement (certains également appelés puces de connexion), d'un câblage d'échantillonnage, d'une feuille isolante (Feuille FR4, Feuille époxy 3240) et d'autres composants, comme indiqué dans la figure ci-dessous.


  Feuille FR4


Design structurel


  La conception structurelle du module de batterie cylindrique consiste à fixer plusieurs batteries cylindriques dans la position spécifiée pour garantir que, dans des conditions d'impact vibratoire raisonnable, elles ne provoquent pas trop de déplacement. La position de la batterie est déterminée par le support de batterie. Si une situation extrême est rencontrée, le support de batterie peut être déformé. Afin de maintenir la distance entre les cellules, le support d'espacement de télécommunications avec une résistance à haute température et une petite qualité est généralement conçu séparément. La partie noire au milieu du module JAC IEV5 ci-dessous devrait être l'intention de conception de ce type.


  A l’intérieur du module batterie cylindrique, la connexion parallèle est plus facile à réaliser. Tant qu'une rangée mère se trouve à travers le pôle de la cellule, mais que la densité de courant est uniformément répartie et que le champ chaud est uniforme, c'est un endroit où le niveau ingénieur est testé. Généralement, il est conçu pour être conçu comme une structure plus symétrique, mais la position de la ligne d'entrée et de sortie du module est toujours différente de celle des autres batteries, c'est donc le point clé de la simulation de conception. Comme Tesla, la conception bizarre de la belle-mère liée en parallèle devrait être le résultat du calcul des calories et de la répartition du courant (le module Tesla se trouve dans la seconde moitié de l'article).


Introduction à la méthode de refroidissement du module de batterie d'alimentation


  Ce qui est actuellement discuté est le refroidissement et le refroidissement des matériaux à changement de phase. Le Tesla typique du module de refroidissement liquide cylindrique sera présenté dans les exemples ultérieurs. Le système de refroidissement liquide simple consiste à placer les dispositifs bien conducteurs à proximité des cellules de la batterie et à éliminer l'excès de chaleur généré pendant le processus de fonctionnement de la cellule de manière aussi uniforme et efficace que possible.


  Le froid liquide peut être complètement indépendant comme Tesla, et il peut également être combiné avec d’autres méthodes de refroidissement. L'une des formes importantes consiste à combiner de la colle de silice thermique


  La chaleur générée par le noyau de la batterie est transmise au tuyau de refroidissement liquide à travers le coussin en silicone à conductivité thermique, qui est évacuée par la circulation de refroidissement du refroidissement et la contraction du fluide de refroidissement, de sorte que la température de l'ensemble du sac de batterie soit équilibrée. et unifié. La chaleur générée pendant le travail fait fonctionner l'ensemble de la batterie dans la température de sécurité. Les bonnes performances d'isolation du silicone thermique et la ténacité à haut rendement peuvent éviter efficacement le problème de friction par vibration et de dommages entre les batailles, ainsi que les dangers cachés de court-circuit entre les cellules.


  Ce système de refroidissement liquide adopte le tube en aluminium conducteur de chaleur en forme de S et est fixé au tuyau en aluminium avec un type différent de bande de silicium à conductivité thermique (augmente les rayures en relief dans la surface de contact de la bande de silicium du cadre thermique et de la cellule de batterie), de sorte que la surface de contact entre la batterie et le caloduc est plus grande. La conductivité thermique et l'effet d'absorption des chocs sont meilleurs.


  La structure de dissipation thermique PCM du module de batterie des batteries cylindriques, l'application de matériaux à changement de phase, peut être associée au refroidissement liquide, ou elle peut être utilisée indépendamment. Les applications indépendantes peuvent avoir plusieurs arrangements. Des plaques PCM peuvent être installées à l'extérieur du module de batterie pour faciliter la dissipation thermique, comme le montre la figure ci-dessous. Selon les résultats de l'expérience, l'existence de matériaux à changement de phase peut également jouer un certain rôle de refroidissement.


  Exigences de base pour les matériaux à changement de phase pour les scénarios d'application de batteries de puissance :


  La température de changement de phase est faible et la meilleure plage de température de fonctionnement de la batterie au lithium est de 15 ℃ à 35 ℃ ;


  La température de changement de phase du matériau peut être ajustée dans une petite plage, et la plage de température de fonctionnement optimale des différents types de cellules de batterie n'est pas complètement cohérente ;


  La forme du matériau, avant et après changement de phase, est préférable de ne pas avoir un aspect liquide gazeux ;


  Si le matériau est chaud, la température constante du système est forte ;


  Le coefficient de transfert de chaleur doit être élevé pour maintenir la température uniformément ;


  Bonne isolation matérielle, évitant le risque de fuite d'isolation dans le système haute tension.


  La densité de qualité des matériaux à changement de phase est faible, ce qui réduit l'impact de la densité énergétique de la batterie.


Art de fabrication de modules de cellules cylindriques


  Lorsque la batterie est triée, lorsque le processus du module est conçu, la cohérence des performances électriques du module doit être prise en compte pour garantir que les performances globales du PACK répondent ou répondent aux exigences du véhicule. Afin de garantir la cohérence des performances électriques des modules, des exigences strictes concernant les cellules doivent être matérielles. Les fabricants de base sont généralement payés en fonction des spécifications de tension, de résistance interne et de capacité des cellules de la batterie avant l'expédition de la batterie. Pour des facteurs tels que les performances, les fabricants de PACK trient généralement les cellules de batterie selon leurs propres normes. L’alternative de la cellule doit prendre en compte la question des normes de tri. La formulation standard est raisonnable, ce qui réduira les cellules inutilisées restantes, améliorera l'efficacité de la production et réduira les coûts de production. Dans le processus de production réel, l'apparence de la batterie est également nécessaire pour vérifier l'apparence de la batterie.


  Entrez le support inférieur dans le support inférieur. La difficulté est que la coordination entre la batterie et les barrières inférieures est trop importante pour faciliter l'insertion de la cellule de batterie, mais la cellule de batterie n'est pas fixe et affecte l'effet de soudage. Cela pourrait entraîner l'insertion du noyau, affectant ainsi l'efficacité de la production. Afin de faciliter l'insertion des cellules de batterie et de permettre la fixation des cellules de batterie, l'avant du trou inférieur du canon peut être ouvert dans une bouche de haut-parleur.


  3) Le jugement de polarité des cellules, le jugement de polarité des cellules fait référence à l'inspection de la polarité des cellules qui répondent aux exigences du dossier, ce qui est un contrôle de sécurité. S'il n'y a pas de contrôle de polarité et que les cellules sont à nouveau inversées, le module produira des courts-circuits lors de l'installation du flux du deuxième côté, provoquant la destruction du produit et de graves risques de blessures.


  4) Couvrez le support, couvrez le support pour recouvrir le support supérieur de la cellule de la batterie et fixez la batterie dans le support. Dans des circonstances normales, il est difficile de couvrir le support plutôt que d'entrer dans le support inférieur. Le premier est lié au processus de fabrication de la cellule cylindrique. Il y a un processus de rainure dans le processus. Le support supérieur ne sera pas recouvert de capuchons sévères ; la seconde est que les cellules de la batterie ne sont pas fixées avec le support inférieur, ce qui provoque une inclinaison de la batterie, ce qui entraîne un mauvais couvercle ou pas de couvercle.


  5) Détection de l'espacement des modules, la détection de l'espacement des modules fait référence à la détection de l'espacement de la surface d'extrémité des cellules et de la surface du support. Le but est de vérifier le degré de coordination de la face d'extrémité et du support des cellules pour déterminer si la cellule de batterie est fixée en place. Que ce soit pour répondre au jugement précoce de soudage si les conditions de soudage sont remplies.


  6) Nettoyage, le nettoyage au plasma est une sorte de nettoyage par méthode sèche, principalement parce que « l'effet d'activation » des ions actifs dans le plasma peut atteindre l'objectif d'éliminer les taches sur la surface de l'objet. Cette méthode peut éliminer efficacement la saleté et la poussière sur la surface d'extrémité des cellules et préparer à l'avance le soudage par résistance afin de réduire les mauvais produits de soudage.


  7) Installation convergente. L'installation de convergence fait référence à la fixation du flux de la rangée fluide au module afin que la résistance puisse être soudée. Lors de la conception, vous devez prendre en compte la précision de la position de la rangée d'écoulement et de la cellule de batterie, en particulier le problème du repère de positionnement. Le but est de positionner le flux d'écoulement au centre de la surface du pilier polaire de la batterie, ce qui est pratique pour le soudage. Lors de la conception des supports supérieurs et inférieurs, vous devez tenir compte de l'isolation de la rangée fluide ; s'il n'est pas facile de réaliser la conception de l'isolation, vous devez envisager d'augmenter l'utilisation d'installations industrielles de court-circuit lors de la conception du processus, ce qui peut éviter les courts-circuits dans des situations anormales.


  8) Soudage par résistance, le soudage par résistance fait référence à la fusion de la rangée d'écoulement et de la surface du pilier polaire de la batterie en résistant au soudage. À l’heure actuelle, le soudage par points par résistance est généralement utilisé en Chine. Lors de la mise en œuvre de la technologie de soudage par points par résistance, les 4 points suivants doivent être pris en compte :


  (1) Le matériau, la structure et l’épaisseur de la rangée d’écoulement ;

  (2) Le matériau, la forme, le diamètre de l'extrémité avant et la fréquence de meulage de l'électrode (également connue sous le nom d'aiguille de soudage) ;

  (3) optimisation des paramètres du processus, tels que le courant de soudage, la tension de soudage, le temps de soudage, la pression d'ajout de pression, etc. ;

  (4) La propreté de la surface de soudage est paisible.


  Dans la production réelle, il existe de nombreux facteurs de défaillance et le personnel technique doit analyser et traiter en fonction de la situation réelle.


  9) Inspection de soudage. Lors du soudage par résistance, l'appareil surveille généralement les paramètres de soudage. Si les anomalies des paramètres sont surveillées, l'appareil déclenche automatiquement une alarme. Étant donné que de nombreux facteurs affectent la qualité du soudage, l'échec du soudage est déterminé uniquement par la surveillance des paramètres. Le résultat actuel n’est pas particulièrement idéal. Dans le contrôle de production réel, vérifiez et confirmez généralement l'effet de soudage en inspectant manuellement l'apparence et en provoquant artificiellement le flux d'écoulement.


  10) Jouer de la colle. Dans l'application du module, il y a généralement deux utilisations : l'une est une cellule fixe, qui met principalement l'accent sur l'adhérence, la résistance au cisaillement, la résistance au vieillissement, la durée de vie et d'autres indicateurs de performance de la colle ; La chaleur de la batterie et du module passe par la conductivité thermique, qui met principalement l'accent sur les indicateurs de performance tels que la conductivité thermique, la résistance au vieillissement, l'isolation électrique, le retardateur de flamme et d'autres indicateurs de performance de la colle. En raison de l'utilisation différente de la colle, les performances et la formule de la colle sont différentes, ainsi que la méthode et l'équipement de la technologie de la colle. En termes de choix de colle et de technologie de colle, les 3 points suivants doivent être pris en compte :


  A Sécurité et protection de l'environnement de la colle : essayez de choisir une colle non toxique et odorante, qui peut non seulement protéger l'opérateur, mais également protéger l'utilisateur, mais aussi mieux protéger l'environnement. C’est aussi l’objectif du développement des nouvelles énergies.


  B temps de séchage de la colle : Afin d'améliorer l'efficacité de la production, plus le temps de séchage de la colle est court, mieux c'est. Dans le processus de production réel, si le compteur de colle est trop court, en raison de facteurs tels que des anomalies d'alimentation et d'équipement, cela entraînera beaucoup de gaspillage de colle ; cela peut également être dû à un traitement inadéquat de l'opérateur, en raison du temps de durcissement court de la colle, l'équipement est bloqué, ce qui est très grave. Le temps amène à s'arrêter. Selon l'expérience, il est raisonnable de contrôler le temps de séchage de la table entre 15 et 30 minutes.


  Quantité de colle de C : La quantité de colle est principalement déterminée par le produit et le processus, le but est de répondre aux exigences du produit. À l'heure actuelle, la technologie de la colle est couramment utilisée, avec de la colle, de la colle, de la pulvérisation et de la gomme, et l'équipement requis pour chaque processus est également différent. Faites attention au contrôle de la quantité de colle lors du collage pour éviter les gommes et affecter d'autres processus.


  11) Couvrir les feuilles isolantes qui sont Feuille FR4 et Feuille époxy 3240 et le panneau de couverture fait référence à la protection isolante de la rangée de flux du module. Lors de la conception du processus, il est nécessaire de prêter attention au bord supérieur du panneau isolant. Dans le même temps, l'espace entre le panneau isolant et le bord du cadre est de préférence inférieur à 1 mm.


  12) Module test EOL, test EOL (END of Line) (généralement appelé test hors ligne) est un maillon clé pour le contrôle qualité dans le processus de production. Il teste principalement les particularités du module. Les principaux éléments du test sont :

Un test de résistance d'isolement ;

Test de résistance interne B ;

Test d'échantillonnage de tension C ;

Test de taille D ;

E contrôle d’apparence.


  Les éléments de test sont généralement augmentés ou diminués en fonction des exigences des clients et des produits, et les projets de tests de sécurité sont essentiels.


  13) Transfert à l'assemblage PACK ou entrée dans l'entrepôt, et le module transmis par EOL est transféré au processus d'assemblage PACK ou entré dans l'entrepôt conformément à la réglementation. Pendant le processus de transfert, le module doit être isolé et empêcher le module de tomber.


  Grâce à l'introduction du processus de traitement du module cellulaire cylindrique, la conception du processus est différente selon les clients et les produits. L’objectif est de répondre rapidement aux besoins des clients et du marché.


  Lors de la conception du processus de processus du module, les points suivants doivent être pris en compte :

  1) Sécurité : sécurité des produits et sécurité de la production ;

  2) Performances électriques : cohérence de la capacité, de la tension, de la résistance interne, des performances ;

  3) Battements de production : plus le rythme est élevé, plus la capacité de production est grande ; le

  4) Taille : taille de forme et taille fixe ;

  5) Parcours artisanal : fait référence à la sélection et à la détermination des métiers clés ;

  6) Coût : éléments à prendre en compte lors de la conception et de la conception du processus.


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