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【百耐信pack学院】锂电池PACK工序应用与锂电池制作工艺

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【百耐信pack学院】锂电池PACK工序应用与锂电池制作工艺

发布日期:2019-01-26 作者:CJ 点击:


锂电池的应用广泛,从民用的数码、通信产品到工业设备到军用电源等都在批量使用,不同产品需要不同的电压和容量,因此锂离子电池串联和并联使用情况很多,锂电池通过加装保护电路、外壳、输出而形成的应用电池称为PACK。PACK可以是单只电池,如手机电池、数码相机电池、MP3、MP4电池等,也可以是串并联组合电池,如笔记本电脑电池,医疗设备电池,通信电源,电动车电池,备用电源等。

一、PACK组成:

PACK包括电池组、保护板、外包装或外壳、输出(包括连接器),钥匙开关,电量指示,及EVA、青稞纸、塑胶支架等辅助材料这几项共同组成PACK。PACK的外特性由应用决定。PACK的种类很多。

 

二、各材料用途:见下表

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三、PACK的特点

1.有完整的功能,可直接应用。


2.种类的多样性。同一应用需求有多种PACK能实现。


3.电池组PACK要求电池具有高度的一致性(容量,内阻,电压,放电曲线,寿命)。


4.电池组PACK的循环寿命低于单只电池的循环寿命。


5.在限定的条件下使用(包括充电、放电电流,充电方式,温度、湿度条件,振动情况,受力程度等)


6.锂电池组PACK保护板要求有充电均衡功能。


7.高电压、大电流电池组PACK(如电动车电池、储能系统)要求配备电池管理系统(BMS)、CAN、RS485等通迅总线。


8.电池组PACK对充电器的要求较高,有些要求和BMS实现通迅,目的是使每只电池正常工作、完全发挥出电池储存的能量,并保证使用安全、可靠。


四、PACK的设计

1.充分了解使用要求,如应用环境(温度、湿度、振动、盐雾等)、使用时间、充电、放电方式和电参数,输出方式,寿命要求等。


2.按使用要求选择合格的电池和保护电路板,


3.满足尺寸、重量的要求。


4.包装可靠,满足要求。


5.生产工艺简洁化。


6.方案最优化。


7.成本最低化。


8.检测易实现。


五、使用注意事项!!!

1.不可投入火中或接近热源使用!!!


2.不可用金属将输出正负极直接连在一起。


3.不可超出电池温度范围使用。


4.不可用力挤压电池。


5.用专用充电器或按正确的方法充电。


6.电池搁置时请每三个月补充电一次。并按储存温度放置。



重要部件介绍

一丶电池组

1.组成:电池由单体电池通过并串联而成。并联增加容量,电压不变,串联后电压倍增,容量不变,如3.6V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并组成,36V/2Ah电池可由单只N18650/2Ah通过10串组成,36V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并10串组成。


2.组合要求:并联及串联的电池要求种类一致、型号一致,容量、内阻、电压值差异不大于2%。本质是电池充电放电曲线的一致(动态一致性)。但很难做到,一般情况下,电池通过并联串联组合后,容量损失2%~5%,电池数量越多,容量损失越多。


3.组合的实现:电池的组合通过二种方式实现,一是通过镍带点焊或激光焊接或超声波焊接,这是常用手段,优点是可靠性较好,但不易更换。二是通过弹性金属片接触,优点是不需要焊接,电池更换相对容易,缺点是可能导致接触不良。


4.要求:电池组要符合用户使用时的工作时间要求、环境要求、振动要求、充电要求,寿命要求等。电池组不可单独使用(过充电、过放电、过电流均会损伤电池。),需要配备专用保护板方可使用。


二丶保护板

1.组成:保护板由保护IC,MOSFET,晶体管,电阻及电容和PCB及散热器件等组成。


2.作用:保护电池工作于正常状态下。防止电池因过充电、过放电、短路等引起的电池失效及发生冒烟、起火、爆炸而产生的危险。


具体功能:

A、过充电保护,不同体系的电池的过充电保护电压不同,一般情况下,磷酸铁锂的过充电保护3.65V~3.85V,钴酸锂、锰酸锂,三元材料锂电池过充电保护电压为4.2V~4.35V。


B、过放电保护,磷酸铁锂的过放电保护电压2~2.5V,其它三种锂电池为2.3V~2.9V。


C、短路保护。由IC和MOSFET的参数决定。不同IC和MOSFET的短路保护值不同。


D、过充电保护恢复电压。IC都有此功能,一般恢复电压低于保护电压0.1~0.2V。


E、过放电保护恢复电压。有些IC无此功能。过放电后需要通过充电来恢复。


F、短路保护延迟时间。一般十几毫秒。


G、均衡功能。有些应用需要均衡功能。因电池放电电流较大,均衡不易实现,目前多为充电均衡,均衡的目的是保证每只电池都能充满电,延长使用寿命,最大限度的发挥电池的作用。  


保护板的使用:

A 保护板靠近电池连接,锂电池不可脱离保护板单独使用。


B 注意保护板与电池间做有效的隔离,起绝缘和隔热作用。


C 多节保护板与电池安装连接时,按照先低电平后高电平的顺序连接。即先连接B-,然后B1、B2......B9,最后B+。见下图。拆下保护板时,与安装顺序相反。

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保护板的设计

作为一名合格的研发工程师,设计一款产品要实现最优化。即具有最高的性价比。保护板的设计要考虑如下几点:


A 设计要保证可靠性、工作稳定性。过流参数保留有至少30%的技术余量。


B 设计的产品要便于测试。


C 设计要便于生产和调试。工艺上要简化。


D 产品要便于安装。


E 设计要满足尺寸的要求。


F 设计要方便采购器件。使用器件不能太特殊。


G 设计要考虑成本。


H 设计要充分考虑散热及散热器件的放置。


I 设计要考虑环保要求。


电动车锂电池组


电动车电池是提供给电动自行车作为动力源。电池通过控制器来驱动电动,将电能转化成机械能,带动电机转动,实现非人力骑行。


电池、控制器、电机组成电动车动力系统,系统中电池提供动力,电机实现转动,控制器控制并保护电池和电机,实现电池和电机间的可控安全工作。控制器是核心控制部件。


控制器对电池的控制包括二部分,一是限流,二是欠压保护。限流值一定小于保护板的过流保护值,否则造成保护板提前保护,形成误动作,影响使用。控制器的欠压保护值要高于保护板的过放电保护,否则造成非正常断电,缩短骑行距离,形成客诉。


因电机属于感性负载,电动车启动时启动电流大于正常工作电流,一般为工作电流的2倍,控制器承受过载电流也是2倍额定电流。承受过载时间标准要求3min。要求电池保护板的最大工作电流大于控制器限制电流的2倍。


应用领域对电池要求:

A、要求电池一致性好。电池自行车电池有三种工作电压,24V/36V/48V,容量从8Ah~17Ah,不管是软包装电池还是圆柱电池,都需要多串组合,如果一致性差,影响电池容量,一组中容量最低的电池决定整组电池的容量。


B、要求大电流放电性能。电动车电池从负载分析,正常行驶条件下放电电流介于0.5C~1C之间,如果有上坡路面,则放电电流更大,有长时间放电超过1C的情况发生。因此电动车电池一定要满足大电流放电要求。


C、要求电池散热良好。对电池来说,放电超过1C意味着电池有超过环境20的温升,电动车电池数量较多,内部的电池温升不容易散出来,造成各电池间温度不均匀,放电曲线不一致,容量不一致,长久会导致各电池间寿命不一致,表现为骑行距离缩短且缩短时间加快。


D、要求电池结构合理,生产工艺水平高。电池要能承受颠簸路面的振动冲击。对生产工艺尤其是点焊工艺要求高。要求点焊牢固,另外要求减震防护良好。避免电池在壳体晃动。


E、要求电池循环寿命高。锂电池相对于铅酸电池来说质量虽轻,但价格较高,如果寿命不能高于铅酸电池,市场认可度肯定降低。寿命靠品质优异来保证。


质量控制

针对上述电动车电池要求,为满足要求,应采取如下措施:


A、采用质量过关的锂电池。需要合格稳定的供应商提供性能良好的单体电池,单体电池经过一系列安全测试和性能测试,合格后使用。


B、要求电池内阻低且一致性好。低内阻保证大电流放电的容量、平台,散热性等。


C、电池结构上采用通风设计,相邻二只电池间保留不低于2mm的间距,此结构要求用塑胶支架固定电池。


D、点焊使用开槽镍片,镍片尺寸满足大电流放电要求,镍片材料保证低内阻,点焊机保证稳定工作,焊针保证质量,操作者经培训考核并合格后上岗操作,点焊后检测焊点是否牢固。另每批次产品做振动实验以验证抗振性能。


E、不同批次电池做成典型成品并做寿命试验,电池成品做循环测试得出实际的循环寿命。


F、验证电池的高低温性能。不同厂家的电芯做成成品并在高低温下做不同倍率放电测试,得出实际放电曲线。


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本文网址:http://www.szbenice.com/news/425.html

关键词:锂电池pack工序,锂电池,锂电池制作工艺

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