Come vengono assemblati i pacchi batteria LiPo per droni? Una guida alla produzione passo dopo passo

Le celle a sacchetto LiPo sono ampiamente utilizzate nei pacchi batteria per droni e UAV perché consentono design flessibili dei pacchi mantenendo il peso relativamente ridotto. A seconda dell'applicazione, una batteria per drone può anche dover gestire elevate correnti di scarica, frequenti cicli di carica-scarica e diverse configurazioni serie-parallelo.

La costruzione del pacco richiede più che collegare insieme diverse celle. Le celle devono prima essere testate e abbinate, quindi preparate e saldate in base al design del pacco. Dopo l'installazione del BMS, del cablaggio e degli altri componenti, il pacco finito viene sottoposto a test elettrici e invecchiamento tramite carica-scarica prima dell'ispezione finale.

Per le aziende che stanno allestendo o aggiornando una linea di produzione di batterie per droni, il primo passo è comprendere come questi processi si collegano e quale apparecchiatura è necessaria in ogni fase.

La selezione delle apparecchiature deve essere basata sulle dimensioni effettive della cella a sacchetto, sulla tensione e capacità del pacco, sulla configurazione serie-parallelo, sulla corrente massima, sul materiale delle linguette, sul BMS e sulla produzione richiesta.

Quali apparecchiature sono necessarie per assemblare un pacco batteria per droni?

Una linea semiautomatica per pacchi batteria con celle a sacchetto può essere suddivisa in diverse stazioni di produzione indipendenti.

1. Classificazione della capacità delle celle a sacchetto

Prima che inizi l'assemblaggio del pacco, le celle a sacchetto possono essere caricate e scaricate per misurarne la capacità effettiva.

Le celle dello stesso lotto di produzione non sono sempre completamente identiche. La classificazione della capacità fornisce dati di test che possono essere utilizzati quando si selezionano le celle per lo stesso pacco batteria.

ACEY macchina per la classificazione della capacità delle celle batteria può essere configurato con:

• 64 / 128 / 160 / 256 canali
• Tensione di carica: CC 0–4,5 V
• Tensione di scarica: CC 4,5–2 V
• Opzioni di corrente: 20 A / 30 A / 40 A / 60 A
• Distanza degli alloggiamenti personalizzata per diverse dimensioni di celle a busta

L'intervallo di corrente e la configurazione dei canali vengono selezionati in base alle specifiche della cella e ai requisiti di produzione.

2. Smistamento della tensione e della resistenza interna

Dopo la classificazione della capacità, le celle possono essere nuovamente controllate per tensione e resistenza interna.

In questa fase, le celle con caratteristiche elettriche simili vengono raggruppate insieme prima dell'assemblaggio del pacco. Le celle al di fuori dei limiti impostati possono essere separate nel canale NG.

ACEY apparecchiatura per lo smistamento delle celle a busta può essere configurata per il test automatico, la classificazione e la raccolta.

Le specifiche principali includono:

• Velocità di smistamento: circa 8–10 PPM
• Utilizzo dell'apparecchiatura: ≥95%
• Fino a 7 canali di smistamento
• Configurazione comune: 6 canali OK + 1 canale NG
• Lunghezza della cella: 50–170 mm
• Larghezza della cella: 20–100 mm
• Spessore della cella: 4–20 mm
• Controllo tramite PC industriale
• Tester di resistenza interna opzionale
• Lettore di codici a barre opzionale

Gli alloggiamenti possono anche essere sostituiti o personalizzati quando la stessa area di produzione deve gestire più di una dimensione di cella a busta.

3. Taglio delle linguette della cella a busta

Una volta che le celle sono state classificate e abbinate, le linguette positive e negative potrebbero dover essere rifilate prima della saldatura.

La lunghezza e la posizione delle linguette sono determinate dalla struttura del pacco batteria. Dimensioni uniformi delle linguette rendono anche più semplice il controllo del posizionamento e della saldatura delle celle.

Macchina per il taglio delle linguette delle celle a busta ACEY-PTC560 include:

• Larghezza linguetta positiva: 5–60 mm
• Larghezza linguetta negativa: 5–60 mm
• Distanza centrale delle linguette: 12–150 mm
• Tipo di batteria: cella a busta

Dopo il taglio delle linguette, le celle vengono disposte secondo la configurazione serie-parallelo richiesta e posizionate in un alloggiamento per la fase successiva di assemblaggio.

4. Collegamento delle celle a busta

Il processo di saldatura viene selezionato in base alle linguette delle celle, al materiale di collegamento e alla struttura del pacco batteria.

Per i pacchi batteria a celle a busta, ACEY può fornire sia soluzioni di saldatura metallica a ultrasuoni sia soluzioni di saldatura laser.

*Saldatura a ultrasuoni

Saldatrice per metalli a ultrasuoniutilizza vibrazioni meccaniche ad alta frequenza insieme alla pressione per unire gli strati metallici.

Per la configurazione indicata in questa soluzione per il pacco batterie del drone, l'apparecchiatura può essere utilizzata per la saldatura a due strati di materiale in alluminio di circa 0,2 mm o rame nichelato.

Il sistema supporta:

• Frequenza ultrasonica: 20 kHz ±200 Hz
• Potenza massima in ingresso: 6000 VA
• Pressione di saldatura: 0,1–0,6 MPa
• Tempo di saldatura: circa 0,1–0,8 s
• Area di saldatura: circa 20 × 4 mm
• Modalità di saldatura a tempo, energia e segmentata

La punta di saldatura, l'attrezzatura e i parametri di processo sono adattati ai materiali effettivi del cliente.

La saldatura laser è un'altra opzione quando la linguetta e la struttura di collegamento sono adatte a un processo laser.

Saldatrici laser serie ACEY-LWM per questa applicazione sono disponibili con:

• 1500 W
• 2000 W
• 3000 W

• Lunghezza d'onda laser di 1070 nm
• Modalità di lavoro continua o modulata
• Regolazione della potenza 0–100%
• Fibra da 15 m
• Raffreddamento ad acqua
• Corsa di saldatura personalizzata

Per entrambi i processi di saldatura, la combinazione dei materiali deve essere verificata per prima. Il materiale della linguetta, lo spessore, il numero di strati saldati, il design della sovrapposizione e l'area di saldatura influenzano tutti la configurazione finale dell'apparecchiatura.

Quando la struttura non è ancora definita, testare le linguette e i materiali di collegamento effettivi del cliente è il modo più pratico per confermare il processo di saldatura.

Saldatura a ultrasuoni o saldatura laser: quale dovrebbe essere utilizzata?

Il metodo di saldatura dovrebbe essere scelto in base alla struttura effettiva della batteria piuttosto che solo alla potenza della macchina.

Per il collegamento diretto della linguetta della cella pouch, la saldatura a ultrasuoni viene comunemente valutata per prima.

La saldatura laser può essere presa in considerazione quando la struttura linguetta-connettore e la combinazione di materiali sono più adatte alla lavorazione laser.

5. Installazione e test del BMS

Dopo il collegamento delle celle, è possibile installare il BMS.

Il BMS fornisce funzioni di protezione e monitoraggio per il pacco batteria. I progetti di BMS intelligenti possono anche includere la comunicazione con il drone o il sistema esterno.

Apparecchiatura di test BMS ACEYpuò essere configurata per applicazioni BMS hardware e BMS intelligenti.

Gli intervalli disponibili includono:

• Simulazione della tensione: 20S / 24S / 32S o personalizzata
• Corrente di protezione contro la sovrascarica: 120–600 A
• Corrente massima di carica: 50–300 A
• Intervallo di impostazione della tensione: 500–5000 mV
• Intervallo di resistenza: 0–999 mΩ
• Comunicazione: UART / CAN / RS485

Per un BMS intelligente, il protocollo di comunicazione deve essere confermato durante la configurazione del tester.

Il test del BMS e il test del pacco batteria finito sono due fasi separate.

Il tester BMS si concentra sulla scheda di protezione e sulle sue funzioni. Il tester completo per batterie viene utilizzato successivamente per controllare il pacco batteria assemblato.

6. Assemblaggio del pacco batteria e test elettrico

Dopo la saldatura e l'installazione del BMS, è possibile assemblare il cablaggio rimanente, i connettori, i materiali isolanti e gli altri componenti del pacco.

Il pacco completato viene quindi collegato a un tester completo per batterie.

Per la serie ACEY-BIT, le configurazioni disponibili includono:

• Tensione: 60 V / 100 V / 120 V / 150 V
• Resistenza interna: 0–2000 mΩ
• Corrente di carica: 30 A / 50 A / 100 A
• Corrente di scarica: 120 A / 200 A / 300 A / 400 A / 500 A
• Tempo di test del cortocircuito: 0–2000 μs
• Ritardo di sovracorrente: 0–30 s
• NTC: 0–100 kΩ
• R1: 0–100 kΩ

Gli intervalli di tensione e corrente del tester devono corrispondere alle specifiche del pacco finito.

Questo è particolarmente rilevante per le batterie UAV ad alta scarica. Una batteria potrebbe non avere una tensione del pacco particolarmente elevata, ma la sua corrente di scarica può comunque essere molto più alta rispetto a quella di molte applicazioni con batterie standard.

7. Invecchiamento con carica-scarica

Dopo i test elettrici, i pacchi batteria finiti possono essere trasferiti alla stazione di invecchiamento.

L'apparecchiatura di invecchiamento sottopone il pacco a cicli programmati di carica-scarica. Le condizioni di test possono essere impostate in base ai requisiti di produzione e controllo qualità del produttore della batteria.

Macchine ACEY per l'invecchiamento dei pacchi batteria sono disponibili con:

• Intervalli di tensione da 60 V a 1650 V
• Corrente di carica/scarica da 50 A a 1000 A
• 1 / 2 / 4 / 8 / 16 / 32 canali
• Controllo indipendente per ciascun canale
• Modalità di carica CC, CV e CCCV
• Modalità di scarica CD, CP e CR
• Precisione: ±0,05% FS + 0,05% RD
• Fino a 9999 passaggi programmabili
• Fino a 9999 cicli
• Fino a 10 livelli di loop annidati

Le condizioni di interruzione possono essere programmate in base a tempo, tensione, corrente, capacità e altri parametri di test.

Il programma di invecchiamento, il numero di cicli e i limiti di superamento/fallimento sono normalmente impostati dal produttore della batteria.

Flusso completo di produzione dei pacchi batteria per droni

Il flusso completo di produzione può essere organizzato come segue:

1. Classificazione della capacità delle celle
2. Smistamento per tensione e resistenza interna
3. Abbinamento delle celle
4. Taglio delle linguette delle celle pouch
5. Disposizione delle celle e posizionamento nei supporti
6. Saldatura a ultrasuoni o laser
7. Installazione e test del BMS
8. Cablaggio, isolamento e assemblaggio del pacco batteria
9. Test elettrico del pacco batteria
10. Invecchiamento con carica-scarica
11. Ispezione finale

• Termoretrazione
• Etichettatura
• Codifica o marcatura
• Lavorazione dei cavi
• Installazione dei connettori
• Assemblaggio dell'isolamento
• Assemblaggio dell'alloggiamento esterno

Questi processi possono essere aggiunti in base alla struttura finale del pacco, anziché essere fissi per ogni linea di produzione.

Quali batterie per droni possono essere prodotte con questo processo?

Lo stesso processo può essere adattato ai pacchi batteria a sacchetto per diverse applicazioni UAV, tra cui:

• Droni FPV
• Droni da corsa
• Droni agricoli per irrorazione
• Droni per fotografia aerea
• UAV per rilievi e mappatura
• Droni per ispezioni industriali
• Droni per consegne
• UAV per emergenze e soccorso
• Altri pacchi batteria a sacchetto ad alta scarica

L'applicazione in sé non è sufficiente per selezionare l'attrezzatura.

Una batteria per drone da corsa 6S e una grande batteria per drone agricolo, ad esempio, possono avere dimensioni delle celle, capacità, requisiti di corrente e strutture del pacco molto diversi, anche se entrambe vengono utilizzate nei droni.

Per la selezione dell'attrezzatura, la specifica della batteria è il punto di partenza più utile.

Perché utilizzare una linea di assemblaggio semiautomatica?

Una linea semiautomatica modulare è pratica quando diversi modelli di batterie vengono prodotti nella stessa fabbrica o quando il volume di produzione non richiede ancora un sistema completamente automatico.

Ogni processo utilizza apparecchiature dedicate, mentre il caricamento, lo scaricamento, il trasferimento delle attrezzature di fissaggio e alcuni lavori di assemblaggio possono rimanere manuali.

Questa configurazione funziona bene per:

• Nuovi progetti di produzione di batterie per droni
• Produzione a basso e medio volume
• Diversi modelli di batterie
• Sviluppo del prodotto e produzione pilota
• Produttori che passano dall'assemblaggio manuale
• Produzione personalizzata di batterie UAV

Un altro vantaggio è che le apparecchiature possono essere aggiunte gradualmente. Un produttore che dispone già, ad esempio, di apparecchiature per la classificazione delle celle, può configurare solo le sezioni di smistamento, saldatura, collaudo o invecchiamento mancanti nella linea attuale.

Quali informazioni sono necessarie per configurare la linea?

Per configurare correttamente l'attrezzatura, è necessario innanzitutto confermare le specifiche della batteria.

Le informazioni più utili includono:

• Dimensioni della cella a sacchetto — lunghezza × larghezza × spessore
• Tensione nominale della cella
• Capacità della cella
• Chimica della batteria
• Configurazione serie-parallelo — come 6S1P o 6S2P
• Tensione del pacco batteria finito
• Capacità del pacco finito
• Corrente massima di carica
• Corrente massima di scarica
• Materiali delle linguette positiva e negativa
• Larghezza e spessore delle linguette
• Tipo di BMS
• Protocollo di comunicazione, se viene utilizzato un BMS intelligente
• Produzione richiesta
• Metodo di saldatura preferito, se già deciso
• Disegno del pacco batteria, disegno della cella o foto campione

Questi dettagli vengono utilizzati per confermare le attrezzature, gli intervalli del tester, il processo di saldatura e altre configurazioni delle apparecchiature.

Se il processo di saldatura non è stato ancora definito, è possibile utilizzare anche campioni reali di celle e linguette per la valutazione del processo.

Attrezzature ACEY per l'assemblaggio del pacco batteria LiPo per droni

ACEY fornisce apparecchiature per le fasi principali della produzione di pacchi batteria UAV con celle a sacchetto, dalla classificazione e selezione delle celle alla preparazione delle linguette, saldatura, test BMS, test del pacco finito e invecchiamento con carica-scarica.

La linea di produzione può essere realizzata con:

• Macchine per la classificazione della capacità delle celle batteria
• Macchine per la selezione delle celle a sacchetto
• Macchine per il taglio delle linguette delle celle a sacchetto
• Macchine per la saldatura a ultrasuoni dei metalli
• Macchine per la saldatura laser
• Sistemi di test BMS
• Tester completi per batterie
• Macchine per l'invecchiamento dei pacchi batteria

Attrezzature, intervalli di test, strumenti di saldatura e layout delle postazioni di lavoro possono essere configurati in base alla batteria reale invece di utilizzare un'unica configurazione fissa per ogni progetto.

Se state pianificando una linea di assemblaggio di pacchi batteria LiPo per droni, inviateci le specifiche della cella a sacchetto, la tensione e la capacità del pacco, la configurazione serie-parallelo, la corrente massima di carica/scarica, le informazioni sulle linguette, i dettagli del BMS e la produzione richiesta. Con questi dettagli, ACEY può consigliare le apparecchiature e la configurazione del processo per il vostro pacco batteria.

*Quale tipo di celle può gestire questa linea per pacchi batteria per droni?