Как собираются аккумуляторные блоки LiPo для дронов? Пошаговое руководство по производству

Пакетные ячейки LiPo широко используются в аккумуляторных блоках для дронов и БПЛА, поскольку они позволяют создавать гибкие конструкции блоков при сохранении относительно низкого веса. В зависимости от применения аккумулятор дрона также должен выдерживать высокий ток разряда, частые циклы зарядки-разрядки и различные последовательные и параллельные конфигурации.

Изготовление блока включает в себя нечто большее, чем просто соединение нескольких ячеек вместе. Сначала ячейки необходимо протестировать и подобрать по характеристикам, затем подготовить и сварить в соответствии с конструкцией блока. После установки BMS, проводки и других компонентов готовый блок проходит электрические испытания и циклы старения заряд-разряд перед финальной проверкой.

Для компаний, создающих или модернизирующих производственную линию аккумуляторов для дронов, первым шагом является понимание того, как эти процессы связаны между собой и какое оборудование требуется на каждом этапе.

Выбор оборудования должен основываться на фактическом размере пакетной ячейки, напряжении и ёмкости блока, последовательной и параллельной конфигурации, максимальном токе, материале выводов, BMS и требуемой производственной мощности.

Какое оборудование необходимо для сборки аккумуляторного блока для дрона?

полуавтоматическая линия сборки аккумуляторных блоков с пакетными ячейками может быть разделена на несколько независимых производственных станций.

1. Градация ёмкости пакетных ячеек

Перед началом сборки блока пакетные ячейки могут быть заряжены и разряжены для измерения их фактической ёмкости.

Ячейки из одной производственной партии не всегда полностью идентичны. Градация ёмкости предоставляет данные испытаний, которые можно использовать при выборе ячеек для одного аккумуляторного блока.

ACEY машина для градации ёмкости аккумуляторных ячеекможет быть настроено с:

• 64 / 128 / 160 / 256 каналов
• Напряжение зарядки: DC 0–4,5 В
• Напряжение разрядки: DC 4,5–2 В
• Варианты тока: 20 А / 30 А / 40 А / 60 А
• Индивидуально настроенное расстояние между держателями для различных размеров ячеек в мягком корпусе

Диапазон тока и конфигурация каналов выбираются в соответствии со спецификацией ячейки и требованиями производства.

2. Сортировка по напряжению и внутреннему сопротивлению

После сортировки по ёмкости ячейки могут быть повторно проверены по напряжению и внутреннему сопротивлению.

На этом этапе ячейки с похожими электрическими характеристиками группируются вместе перед сборкой аккумуляторного блока. Ячейки за пределами заданных пределов могут быть отделены в канал NG.

ACEY оборудование для сортировки ячеек в мягком корпусеможет быть настроено для автоматического тестирования, сортировки и сбора.

Основные характеристики включают:

• Скорость сортировки: примерно 8–10 PPM
• Коэффициент использования оборудования: ≥95%
• До 7 каналов сортировки
• Стандартная настройка: 6 каналов OK + 1 канал NG
• Длина ячейки: 50–170 мм
• Ширина ячейки: 20–100 мм
• Толщина ячейки: 4–20 мм
• Управление промышленным ПК
• Опциональный тестер внутреннего сопротивления
• Опциональный сканер штрихкодов

Держатели также могут быть заменены или адаптированы, когда в одной производственной зоне требуется обрабатывать более одного размера ячеек в мягком корпусе.

3. Резка выводов ячейки в мягком корпусе

После сортировки и подбора ячеек положительные и отрицательные выводы могут потребовать обрезки перед сваркой.

Длина и положение выводов определяются конструкцией аккумуляторного блока. Стабильные размеры выводов также упрощают контроль позиционирования ячеек и сварки.

Машина для резки выводов ячеек в мягком корпусе ACEY-PTC560охватывает:

• Ширина положительного вывода: 5–60 мм
• Ширина отрицательного вывода: 5–60 мм
• Расстояние между центрами выводов: 12–150 мм
• Тип аккумулятора: ячейка в мягком корпусе

После резки выводов ячейки располагаются в соответствии с требуемой последовательно-параллельной конфигурацией и устанавливаются в держатель для следующего этапа сборки.

4. Соединение ячеек в мягком корпусе

Процесс сварки выбирается в соответствии с выводами ячейки, соединительным материалом и конструкцией аккумуляторного блока.

Для аккумуляторных блоков с ячейками в мягком корпусе ACEY может предоставить решения как для ультразвуковой металлической сварки, так и для лазерной сварки.

*Ультразвуковая сварка

Машина для ультразвуковой металлической сваркииспользует высокочастотную механическую вибрацию вместе с давлением для соединения металлических слоев.

Для конфигурации, указанной в этом решении для аккумуляторного блока дрона, оборудование может использоваться для двухслойной сварки алюминия толщиной примерно 0,2 мм или медного материала с никелевым покрытием.

Система поддерживает:

• Ультразвуковая частота: 20 кГц ±200 Гц
• Максимальная входная мощность: 6000 ВА
• Давление сварки: 0,1–0,6 МПа
• Время сварки: примерно 0,1–0,8 с
• Область сварки: примерно 20 × 4 мм
• Режимы сварки по времени, энергии и сегментированной сварки

Сварочный наконечник, приспособление и параметры процесса подбираются в соответствии с фактическими материалами заказчика.

Лазерная сварка является еще одним вариантом, когда вывод и соединительная конструкция подходят для лазерного процесса.

Лазерные сварочные машины серии ACEY-LWMдля этого применения доступны с:

• 1500 Вт
• 2000 Вт
• 3000 Вт

• Длиной волны лазера 1070 нм
• Непрерывным или модулированным рабочим режимом
• Регулировкой мощности 0–100%
• Волокном длиной 15 м
• Водяным охлаждением
• Индивидуально настроенным ходом сварки

Для любого из сварочных процессов сначала необходимо проверить комбинацию материалов. Материал вывода, толщина, количество свариваемых слоев, конструкция перекрытия и область сварки — все это влияет на итоговую конфигурацию оборудования.

Когда конструкция еще не определена, испытание фактических выводов и соединительных материалов заказчика является наиболее практичным способом подтверждения процесса сварки.

Ультразвуковая сварка или лазерная сварка: что следует использовать?

Метод сварки следует выбирать исходя из фактической конструкции аккумулятора, а не только из мощности оборудования.

Для прямого соединения выводов ячейки пакетного типа с помощью ультразвуковой сварки обычно сначала оценивается ультразвуковая сварка.

Лазерная сварка может рассматриваться, если структура соединения вывода с разъемом и сочетание материалов лучше подходят для лазерной обработки.

5. Установка и тестирование BMS

После соединения ячеек можно установить BMS.

BMS обеспечивает функции защиты и мониторинга для аккумуляторного блока. Конструкции интеллектуальных BMS также могут включать связь с дроном или внешней системой.

Оборудование для тестирования BMS ACEYможет быть настроено для применения с аппаратными BMS и интеллектуальными BMS.

Доступные диапазоны включают:

• Моделирование напряжения: 20S / 24S / 32S или индивидуальная настройка
• Ток защиты от переразряда: 120–600 А
• Максимальный ток заряда: 50–300 А
• Диапазон настройки напряжения: 500–5000 мВ
• Диапазон сопротивления: 0–999 мОм
• Связь: UART / CAN / RS485

Для интеллектуальной BMS при настройке тестера необходимо подтвердить протокол связи.

Тестирование BMS и тестирование готового аккумуляторного блока являются двумя отдельными этапами.

Тестер BMS предназначен для проверки платы защиты и ее функций. Комплексный тестер аккумуляторов используется позже для проверки собранного аккумуляторного блока.

6. Сборка аккумуляторного блока и электрическое тестирование

После сварки и установки BMS можно собрать оставшуюся проводку, разъемы, изоляционные материалы и другие компоненты блока.

Затем готовый блок подключается к комплексному тестеру аккумуляторов.

Для серии ACEY-BIT доступны следующие конфигурации:

• Напряжение: 60 В / 100 В / 120 В / 150 В
• Внутреннее сопротивление: 0–2000 мОм
• Ток заряда: 30 А / 50 А / 100 А
• Ток разряда: 120 А / 200 А / 300 А / 400 А / 500 А
• Время испытания на короткое замыкание: 0–2000 мкс
• Задержка срабатывания защиты от перегрузки по току: 0–30 с
• NTC: 0–100 кОм
• R1: 0–100 кОм

Диапазоны напряжения и тока тестера должны соответствовать характеристикам готового аккумуляторного блока.

Это особенно актуально для аккумуляторов БПЛА с высокой токоотдачей. Аккумулятор может не иметь особенно высокого напряжения блока, но его ток разряда всё равно может быть значительно выше, чем у многих стандартных аккумуляторных применений.

7. Старение при заряде-разряде

После электрических испытаний готовые аккумуляторные блоки могут быть переданы на станцию старения.

Оборудование для старения проводит аккумуляторный блок через запрограммированные циклы заряда-разряда. Условия испытаний могут быть настроены в соответствии с собственными требованиями производителя аккумуляторов к производству и контролю качества.

Машины ACEY для старения аккумуляторных блоков доступны с:

• Диапазонами напряжения от 60 В до 1650 В
• Током заряда/разряда от 50 А до 1000 А
• 1 / 2 / 4 / 8 / 16 / 32 каналами
• Независимым управлением для каждого канала
• Режимами зарядки CC, CV и CCCV
• Режимами разряда CD, CP и CR
• Точностью: ±0,05% FS + 0,05% RD
• До 9999 программируемых шагов
• До 9999 циклов
• До 10 уровней вложенных циклов

Условия отключения могут быть запрограммированы по времени, напряжению, току, ёмкости и другим параметрам испытания.

Программа старения, количество циклов и пределы прохождения/непрохождения обычно устанавливаются производителем аккумуляторов.

Полный производственный процесс изготовления аккумуляторных блоков для дронов

Полный производственный процесс может быть организован следующим образом:

1. Градация ёмкости ячеек
2. Сортировка по напряжению и внутреннему сопротивлению
3. Подбор ячеек
4. Резка выводов пакетных ячеек
5. Расположение ячеек и позиционирование в оснастке
6. Ультразвуковая или лазерная сварка
7. Установка и тестирование BMS
8. Прокладка проводов, изоляция и сборка аккумуляторного блока
9. Электрическое тестирование аккумуляторного блока
10. Старение при заряде-разряде
11. Финальная проверка

• Термоусадка
• Маркировка этикетками
• Кодирование или нанесение маркировки
• Обработка проводов
• Установка разъёмов
• Сборка изоляции
• Сборка внешнего корпуса

Эти процессы можно добавлять в соответствии с окончательной структурой аккумуляторного блока, а не фиксировать для каждой производственной линии.

Какие аккумуляторные батареи для дронов можно производить с помощью этого процесса?

Тот же процесс можно адаптировать для аккумуляторных блоков с пакетными ячейками для различных применений БПЛА, включая:

• FPV-дроны
• Гоночные дроны
• Сельскохозяйственные дроны для опрыскивания
• Дроны для аэрофотосъёмки
• БПЛА для геодезической съёмки и картографирования
• Дроны для промышленного контроля
• Дроны для доставки
• БПЛА для чрезвычайных ситуаций и спасательных работ
• Другие пакетные аккумуляторные блоки с высокой токоотдачей

Самого назначения недостаточно для выбора оборудования.

Например, аккумуляторная батарея 6S для гоночного дрона и аккумуляторная батарея для крупного сельскохозяйственного дрона могут иметь совершенно разные размеры ячеек, ёмкость, требования к току и структуру блока, хотя обе используются в дронах.

Для выбора оборудования более полезной отправной точкой являются характеристики аккумуляторной батареи.

Зачем использовать полуавтоматическую сборочную линию?

Модульная полуавтоматическая линия практична, когда на одном заводе производится несколько моделей аккумуляторных батарей или когда объём производства ещё не требует полностью автоматизированной системы.

Для каждого процесса используется специализированное оборудование, а загрузка, выгрузка, перенос оснастки и часть сборочных работ могут выполняться вручную.

Такая конфигурация хорошо подходит для:

• Новых проектов по производству аккумуляторных батарей для дронов
• Мелкосерийного и среднесерийного производства
• Нескольких моделей аккумуляторных батарей
• Разработки продукции и опытного производства
• Производителей, переходящих от ручной сборки
• Производства аккумуляторных батарей для БПЛА по индивидуальным требованиям

Ещё одним преимуществом является возможность постепенно добавлять оборудование. Например, производитель, у которого уже есть оборудование для сортировки ячеек, может установить только недостающие на текущей линии участки сортировки, сварки, тестирования или старения.

Какая информация необходима для настройки линии?

Для правильной настройки оборудования сначала необходимо подтвердить характеристики аккумуляторной батареи.

Наиболее полезная информация включает:

• Размеры пакетной ячейки — длина × ширина × толщина
• Номинальное напряжение ячейки
• Ёмкость ячейки
• Химический состав ячейки
• Последовательно-параллельная конфигурация — например, 6S1P или 6S2P
• Напряжение готового аккумуляторного блока
• Ёмкость готового аккумуляторного блока
• Максимальный ток зарядки
• Максимальный ток разряда
• Материалы положительных и отрицательных выводов
• Ширина и толщина выводов
• Тип BMS
• Протокол связи, если используется интеллектуальная BMS
• Требуемая производственная мощность
• Предпочтительный метод сварки, если он уже определён
• Чертёж аккумуляторного блока, чертёж ячейки или образцы фотографий

Эти данные используются для подтверждения приспособлений, диапазонов тестирования, процесса сварки и других конфигураций оборудования.

Если процесс сварки ещё не был окончательно определён, для оценки процесса также могут использоваться реальные образцы ячеек и выводов.

Оборудование ACEY для сборки аккумуляторных блоков LiPo-дронов

ACEY поставляет оборудование для основных этапов производства аккумуляторных блоков БПЛА с пакетными ячейками: от сортировки и классификации ячеек до подготовки выводов, сварки, тестирования BMS, проверки готовых блоков и циклического старения с зарядом-разрядом.

Производственная линия может включать:

• Машины для классификации ёмкости аккумуляторных ячеек
• Машины для сортировки пакетных ячеек
• Машины для резки выводов пакетных ячеек
• Ультразвуковые машины для сварки металлов
• Машины для лазерной сварки
• Системы тестирования BMS
• Комплексные тестеры аккумуляторов
• Машины для старения аккумуляторных блоков

Приспособления, диапазоны тестирования, сварочная оснастка и компоновка рабочих станций могут быть настроены с учётом фактического аккумулятора, вместо использования одной фиксированной конфигурации для каждого проекта.

Если вы планируете Сборочная линия аккумуляторных блоков LiPo для дроновотправьте нам характеристики ячеек пакетного типа, напряжение и ёмкость блока, последовательное и параллельное соединение, максимальный ток заряда/разряда, информацию о выводах, данные BMS и требуемый выходной результат. На основе этих данных ACEY может рекомендовать оборудование и конфигурацию процесса для вашего аккумуляторного блока.

*С ячейками какого типа может работать эта линия для аккумуляторных блоков дронов?