圆柱电芯模组制造工艺分析

2018-10-08      1895 次浏览

1)电芯分选,模组工艺设计时,需要考虑模组电性能的一致性,确保Pack整体性能达到或满足整车的要求。为了保证模组电性能的一致性,需要对电芯来料进行严格的要求。电芯厂家一般在电芯出货前,也会按电芯的电压、内阻和容量规格进行分组,但是电芯厂家与Pack厂家的最终需求是不同的,考虑到制造工艺、成本、电芯性能等因素,Pack厂家一般会按自己的标准重新对电芯进行分选。电芯分选需要考虑分选标准的问题,标准制定得合理,会减少剩余闲置的电芯,提升生产效率,降低生产成本。在实际生产过程中,还需要对电芯的外观进行检查,比如检查电芯有无绝缘膜破损、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。

2)电芯入下支架,电芯入下支架是指把电芯插入下支架的电芯定位孔中。难点在于电芯与下支架孔之间的配合公差,孔太大,方便电芯插入,但是电芯固定不好,影响焊接效果;孔太小,电芯插入下支架定位孔比较困难,严重的可能导致电芯插不进去,影响生产效率。为了便于电芯插入,又能固定好电芯,可以把下支架孔前端开成喇叭口。

3)电芯极性判断,电芯极性判断是指检查电芯的极性是否符合文件要求,属于安全检查。假如没有极性检查,而电芯极性又装反了,在装入第二面的汇流排时模组就会产生短路,导致产品毁坏,严重的可能导致人员受伤。

4)盖上支架,盖上支架是指把上支架盖到电芯上,并把电芯固定在支架内。一般情况下,盖上支架比电芯入下支架困难,一是与圆柱电芯的生产工艺有关,工艺里面有个滚槽工序,假如控制不好,会导致电芯尺寸的一致性差,影响盖上支架,严重的会盖不上去;二是电芯与下支架固定不好,导致电芯有一定的歪斜,导致上支架不好盖或者盖不上。

5)模组间距检测,模组间距检测是指检测电芯极柱端面与支架表面的间距检测,目的是检查电芯极柱端面与支架的配合程度,用于判断电芯是否固定到位,为是否满足焊提前判断是否满足焊接条件。

6)清洗,等离子清洗是一种干法清洗,主要是依靠等离子中活性离子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电阻焊接提前做准备,以减少焊接的不良品。

7)汇流排安装,汇流排安装是指把汇流排安装固定到模组上,以便电阻点焊。设计时需要考虑汇流排与电芯的位置精度,特别是定位基准的问题,目的是使汇流排位置处于电芯极柱面的中心,便于焊接。在进行上下支架设计时,要考虑对汇流排的隔离;假如不好做隔离设计,在工序设计时需要考虑增加防短路工装的使用,可以避免在异常情况下发生短路。

 圆柱电芯模组制造艺

8)电阻焊接,电阻焊接是指通过电阻焊的方式把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。目前国内一般采用电阻点焊,在进行电阻点焊工艺设计时,需要考虑以下4点:

(1)汇流排的材质、结构和厚度;

(2)电极(也称焊针)的材质、形状、前端直径和修磨频次;

(3)工艺参数优化,如焊接电流、焊接电压、焊接时间、加压力等;

(4)焊接面的清洁度和平整度。

在实际生产中,失效因素非常多,需要技术人员根据实际情况来分析处理。

9)焊接检查,在电阻焊接过程中,设备一般对焊接的参数都有监控,假如监测到参数异常,设备都会自动报警。由于影响焊接质量的因素很多,只通过参数监测来判断焊接失效,目前结果还不是特别理想。在实际的生产控制中,一般还会通过人工检查外观和人工挑拨汇流排的方式,再次检查和确认焊接效果。

10)打胶,胶水在模组应用上,一般有两种用途:一种用途是固定电芯,主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标;另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去,主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。由于胶水的用途不同,胶水的性能和配方也不同,实现打胶工艺的方法和设备就不同。在胶水选择和打胶工艺方面,需要考虑以下3点:

a胶水的安全环保性能:尽量选择无毒无异味的胶水,不但可以保护操作者,也可以保护使用者,还能更好地保护环境,也是新能源发展的目标。

 圆柱电芯模组制造艺

b胶水的表干时间:为了提高生产效率,一般希望胶水的表干时间越短越好。在实际生产过程中,假如胶水表干时间过短,由于待料、设备异常等因素,会导致胶水的大量浪费;也可能由于操作员处理不及时,因胶水固化时间短而导致设备堵塞,严重时导致停拉线。按经验,尽量把表干时间控制到15~30min比较合理。

c胶水的用量:胶水用量主要由产品和工艺来确定,目的是满足产品的要求。目前常用打胶工艺有点胶、涂胶、喷胶和灌胶,每种工艺所需要的设备也是不同的。在打胶时需要注意胶量的控制,避免产生溢胶而影响其他工序。

11)盖绝缘板,盖绝缘板是指把模组的汇流排进行绝缘保护。在工艺设计时,需要注意绝缘板不能高出支架的上边缘,同时绝缘板与支架边框之间的间隙最好小于1mm。

12)模组EOL测试,EOL测试(endofline)(一般也称下线测试)是生产过程中质量控制的关键环节,主要针对模组的特殊特性进行测试,主要测试项目有:

a绝缘耐压测试;

b内阻测试;

c电压采样测试;

d尺寸检测;

e外观检查。

测试项目一般根据客户和产品的要求来增减,其中安全检测项目是必不可少的。

13)转入Pack组装或入库,经EOL测试合格的模组按规定转入Pack组装工序或入库,转运过程中需要对模组进行绝缘保护和防止模组跌落。

通过圆柱电芯模组生产工艺流程的介绍,针对不同的客户和产品,工艺流程的设计是不同的,目的都是为了快速地响应客户和市场的需求。

在进行模组工艺流程设计时,一般需要考虑以下几点:

1)安全性:产品安全和安全生产;

2)电性能:容量、电压、内阻、性能的一致性;

3)生产节拍:节拍越高,表示产能越大;

4)尺寸:外形尺寸和固定尺寸;

5)工艺路线:指关键工艺的选择和确定;

6)成本:产品设计和工艺设计时都需要考虑的要素。

通过上面的分析,仅仅把模组工艺流程设计好是不够的,还需要有完善的生产体系来支撑,才能制造出让客户满意的产品。

作为一名研发设计人员,如果能够详细了解所在体系的生产能力,将事半功倍。

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