锂电池PACK工序的知识

1一、PACK简介锂电池的应用广泛，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。1、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。2、各材料用途：见下表序号材料名称用途备注1锂离子电池提供能量。PACK的核心部件放电时化学能转化成电能，充电时电能转化成化学能。主材料之一。多种类，多型号，必配2保护板保护电池工作于安全环境下，是PACK重要的必备部件。主材料之一。按使用要求配备，必配3外壳锂电池组的包装载体。保护电池免受外力和美观，便于安装于电池应用设备上。主材料之一。多样式，由客户决定4钥匙开关电池输出开关。电池车电池配备。非必配件5电量指示指示电池剩余能量，分电压指示方式和积分计算指示方式。非必配件6青稞纸隔离与绝缘。隔离开电池与其它部件。7EVA隔离与减震。或做填充以固定电池位置。8支架对电池定形。使电池按一定顺序排列并方便散热。开模具9高温胶带隔离与绝缘。隔离开需要隔离的部件。非必备件10镍带完成电池的并、串联。通过电流。必备11导线连接电池输出。必备12输出连接器电池输出接口，实现与使用端的匹配连接。非必备件13标签显示电池组参数及使用注意事项。非必备件14PVC电池外包装。热缩塑形。非必备件15转接电路板实现电池定位，串联及并联组合。非必备件16保险管过流保护，防止异常大电流损坏器件非必备件锂电池PACK工序的知识23、PACK的特点★有完整的功能，可直接应用。★种类的多样性。同一应用需求有多种PACK能实现。★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）。★电池组PACK的循环寿命低于单只电池的循环寿命。★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）★锂电池组PACK保护板要求有充电均衡功能。★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。★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。4、PACK的设计★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。★按使用要求选择合格的电池和保护电路板，★满足尺寸、重量的要求。★包装可靠，满足要求。★生产工艺简洁化。★方案最优化。★成本最低化。★检测易实现。5、使用注意事项！！！★不可投入火中或接近热源使用！！！★不可用金属将输出正负极直接连在一起。★不可超出电池温度范围使用。★不可用力挤压电池。★用专用充电器或按正确的方法充电。★电池搁置时请每三个月补充电一次。并按储存温度放置。3二、重要部件介绍1、电池组★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。★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。★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。★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。2、保护板★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。★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。4★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。1、电动车锂电池组★简介：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。5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。