Технологія виробництва батарей

1. I. Вибір хімічної системи і типу акумуляторів
2. II. Діагностика, відбраковування і підбір елементів по ідентичності параметрів
3. III. Монтаж межелементних електричних з'єднань
4. IV. Оснащення батареї елементами захисту і контролю
5. V. Виготовлення корпусу батарей

Завдання по автономному електроживлення сучасної спеціалізованої апаратури і промислового устаткування часто виходять за рамки технічних можливостей стандартних побутових акумуляторів і елементів живлення. Для вирішення таких завдань компанія «Вільна Енергія» здійснює проектування і виробництво систем автономного живлення для широкого спектру апаратури на основі промислових первинних і вторинних хімічних джерел струму (ХДС).

До первинних ХІТ відносяться неперезаряжаемие елементи живлення різних хімічних систем . Найбільш затребуваними в даний час є літій-тіонілхлорідние елементи , Завдяки своїм унікальним властивостям.

До вторинних ХІТ відносяться акумуляторні батареї. У нашому виробництві використовуються акумулятори наступних хімічних систем:

нікелеві: NiCd (Нікель-кадмієві) і NiMh (Нікель-металогідридні);
літієві: Li-ion (Літій-іонні) і Li-pol (Літій-полімерні).

Процес промислового виробництва акумуляторних батарей включає в себе наступні стадії:

I. Вибір хімічної системи і типу акумуляторів.
II. Діагностика, відбраковування і підбір елементів по ідентичності параметрів.
III. Монтаж межелементних електричних з'єднань.
IV. Оснащення батареї елементами захисту і контролю.
V. Виготовлення корпусу батареї.

I. Вибір хімічної системи і типу акумуляторів

• "Плюсовій" контакт конструктивно не виступає за габарити елемента, має велику площу і призначений для зварного з'єднання з стрічковим провідником;
• побутові акумулятори мають 5 стандартних типорозмірів, індустріальні - більше 20;
• при виробництві побутових акумуляторів робиться наголос на зниження собівартості та збільшення ємності, а при виробництві індустріальних на збільшення терміну служби, стабільність характеристик при тривалій експлуатації і ідентичність елементів однієї партії;

Це необхідно для узгодженої роботи елементів у складі батареї. Висока якість індустріальних акумуляторів досягається, в тому числі за рахунок деякого зниження максимальної місткості, яка в середньому менше на 10-15%, ніж у побутових акумуляторів аналогічного типорозміру. На складі нашої компанії постійно є в наявності великий асортимент промислових елементів різних виробників. Ми завжди можемо вибрати елементи, які підходять по типорозміру, хімічної системі, ємності і іншим параметрам для оптимального рішення задачі замовника на етапі проектування .У плановому постачанні виробництва комплектуючими елементами нам допомагають партнерські відносини з усіма російськими дистриб'юторами світових виробників індустріальних акумуляторів і власні канали прямих поставок.

II. Діагностика, відбраковування і підбір елементів по ідентичності параметрів

Запорукою високої якості кінцевого виробу є точний підбір по електрохімічним характеристикам всіх елементів, з яких складається акумуляторна батарея. Незважаючи на складність даної задачі, особливо стосовно до серійного виробництва батарей, наша компанія приділяє їй першорядну увагу і має в своєму арсеналі широкий спектр діагностичної апаратури.

Будь-які індустріальні NiCd, NiMh, Li-ion і Li-pol акумулятори одного типорозміру і номіналу ємності на виході з конвеєра заводу мають розкид за технічними параметрами, а певний відсоток елементів володіє характеристиками нижче допустимих і підлягає відбракування. Для сортування акумуляторів по ідентичності характеристик і виявлення бракованих елементів необхідно проводити їх багатоетапний тестування на спеціалізованій апаратурі.

Проведення подібних випробувань дозволяє в кілька разів збільшити термін служби вироблених акумуляторних батарей. Нормативна документація визначає розкид значення ємності для елементів, що входять в батарею - не більше 5%. Величина розкиду має особливе значення у випадках, коли від стабільності роботи системи харчування залежить можливість виконання відповідальних завдань.

Перед тестуванням акумулятори можуть піддаватися максимальному впливу, характерному для передбачуваних умов експлуатації. Наприклад, елементи акумуляторних батарей для каротажного обладнання проходять попереднє прогрівання в умовах підвищених температур. Основними визначальними параметрами підбору елементів в батареї є ємність, внутрішній опір і струм саморозряду. Ємність вимірюється на зарядно-розрядних стендах. Крім самого вимірювання проводиться предсборочное циклирование елементів для виведення їх на робочий режим. Дані про величину ємності кожного елемента надходять для обробки на комп'ютер. За допомогою спеціальних програм проводиться аналіз отриманих даних і підбір елементів по батареях.

За величиною внутрішнього опору ХІТ, що є узагальненою характеристикою, можна зробити висновок про якість акумулятора, максимальному струмі навантаження і терміні служби, а також провести як первинну відбраковування, так і остаточну сортування.

Явище саморазряда представляє собою втрату частини накопиченої ємності акумулятора при зберіганні. Вимірювання саморазряда проводиться тільки для батарей з найвищими вимогами до якості, так як є тривалим і дорогим процесом.

В даний час ми здійснюємо проектування багатоканального аналізатора акумуляторів з конструкцією власної розробки, призначеного в першу чергу для потокової діагностики елементів при промисловому виробництві батарей.

III. Монтаж межелементних електричних з'єднань

Електричне з'єднання здійснюється методом точкового зварювання за допомогою сталевої стрічки з нікелевим покриттям і спеціалізованих зварювальних апаратів з розщепленим електродом. Виробнича дільниця нашої компанії у своєму розпорядженні парк зварювальних апаратів власної конструкції. Метод точкової зварювання забезпечує механічну міцність, надійний електричний контакт з малим опором і стійкість до корозії в місці контакту. Крім того, точкове зварювання дає високу швидкість збірки і мінімальний нагрів акумуляторних елементів, що дуже важливо для якості інформації, що збирається батареї. Пайка використовується тільки для з'єднання стрічкових кінцевих контактів батареї з роз'ємами і іншими компонентами.

Паяні з'єднання для збірки акумуляторних батарей не застосовуються з наступних причин:

• перегрів при пайку призводить до пошкодження активної маси елементів, а іноді і до виходу з ладу аварійного клапана на «плюсі»;
• - при заряді / розряді відбувається нагрів акумуляторів, що може привести до зменшення міцності паяних з'єднань;
• - паяні з'єднання схильні до активного окислення і корозії.

IV. Оснащення батареї елементами захисту і контролю

Для забезпечення захисту акумуляторної батареї відповідно до технічних вимог на етапі збирання проводиться її оснащення компонентами і системами захисту. Згідно області застосування, може вимагатися захист від короткого замикання вихідних контактів, перегріву батареї, перевантаження, перезарядження, дисбалансу елементів і глибокого розряду. Захист може являти собою поєднання компонентів різної складності: від простих самовідновлюються запобіжників до складних мікроконтролерних пристроїв.
Для виготовлення акумуляторних батарей у вибухопожежобезпеки виконанні проводиться монтаж струмообмежувальні захисних вихідних схем.

При виробництві будь-яких Li-ion і Li-pol акумуляторних батарей монтуються індивідуальні мікроконтролерні плати захисту і балансування. Для отримання в процесі експлуатації докладної інформації про поточний стан акумулятора і про історію його роботи можливе оснащення батареї спеціалізованими системами збору і зберігання даних .

V. Виготовлення корпусу батарей

Залежно від вимог до фізичної надійності батареї, продиктованих умовами і середовищем експлуатації, можливі різні варіанти виконання корпусу.

1. У разі, коли батарея інтегрована в обладнання, корпус якого бере на себе основні захисні функції, достатнім є обтягування батареї термозбіжною плівкою. Плівка є матеріалом для взаємної жорсткої фіксації елементів батареї і забезпечення зовнішньої електричної ізоляції межелементних з'єднань при транспортуванні, монтажі та експлуатації.
2. Акумуляторні батареї, які добувають із корпусу мобільного пристрою для швидкої заміни або індивідуальної зарядки, а також батареї для експлуатації у вибухонебезпечних зонах оснащуються монолітним заливним корпусом. Корпус, виготовлений даним методом, дозволяє значно підвищити стійкість батареї до одиничних механічним і постійним вібраційних дій, а також згладити вплив різких температурних перепадів. Хороші діелектричні властивості матеріалу забезпечують надійну ізоляцію батареї від корпусу апаратури.

3. Більш технологічним для серійного виробництва акумуляторів (більше 100 штук на місяць) є складовою пластиковий корпус. Деталі корпусу виготовляються методом лиття на термопласт-автоматах і з'єднуються в єдиний корпус клеять складами або ультразвукової зварюванням.
4. При високих вимогах до міцності корпусу для роботи в умовах підвищених температур, високої вібрації і ударних навантаженнях, акумуляторна батарея поміщається в Фібергласові (стеклопластіковий) корпус. Порожнини між елементами батареї і корпусом заповнюються компаундом. Батареї з подібним захистом здатні надійно працювати в самих екстремальних умовах, аж до систем телеметрії при бурінні нафтових свердловин і в різній каротажной апаратурі.

Технологія виробництва батарей автономного електроживлення на основі первинних ХІТ (елементів живлення) включає в себе всі перераховані стадії, за винятком етапу №2 діагностики, так як використовувані елементи не є перезаряджаємими.