Wie werden LiPo-Drohnen-Akkupacks montiert? Ein schrittweiser Produktionsleitfaden

LiPo-Pouchzellen werden häufig in Drohnen- und UAV-Akkupacks verwendet, da sie flexible Packdesigns ermöglichen und gleichzeitig das Gewicht relativ gering halten. Je nach Anwendung muss ein Drohnenakku auch hohe Entladeströme, häufige Lade-Entlade-Zyklen und verschiedene Reihen-Parallel-Konfigurationen bewältigen können.

Der Aufbau des Packs umfasst mehr als nur das Verbinden mehrerer Zellen. Die Zellen müssen zunächst getestet und abgestimmt, anschließend entsprechend dem Packdesign vorbereitet und verschweißt werden. Nach der Installation des BMS, der Verkabelung und weiterer Komponenten durchläuft das fertige Pack elektrische Tests und eine Lade-Entlade-Alterung, bevor die Endkontrolle erfolgt.

Für Unternehmen, die eine Drohnenakku-Produktionslinie einrichten oder aufrüsten, besteht der erste Schritt darin, zu verstehen, wie diese Prozesse miteinander verbunden sind und welche Ausrüstung in jeder Phase erforderlich ist.

Die Auswahl der Ausrüstung sollte auf der tatsächlichen Größe der Pouchzellen, der Packspannung und -kapazität, der Reihen-Parallel-Konfiguration, dem maximalen Strom, dem Laschenmaterial, dem BMS und der erforderlichen Produktionsmenge basieren.

Welche Ausrüstung wird für die Montage eines Drohnen-Akkupacks benötigt?

Eine halbautomatische Pouch-Batteriepack-Produktionslinie kann in mehrere unabhängige Produktionsstationen unterteilt werden.

1. Pouchzellen-Kapazitätsklassifizierung

Bevor die Packmontage beginnt, können die Pouchzellen geladen und entladen werden, um ihre tatsächliche Kapazität zu messen.

Zellen aus derselben Produktionscharge sind nicht immer vollständig identisch. Die Kapazitätsklassifizierung liefert Testdaten, die bei der Auswahl von Zellen für dasselbe Akkupack verwendet werden können.

ACEY Batteriezell-Kapazitätsklassifizierungsmaschine kann konfiguriert werden mit:

• 64 / 128 / 160 / 256 Kanälen
• Ladespannung: DC 0–4,5 V
• Entladespannung: DC 4,5–2 V
• Stromoptionen: 20 A / 30 A / 40 A / 60 A
• Angepasster Vorrichtungsabstand für verschiedene Pouch-Zellengrößen

Der Strombereich und die Kanalkonfiguration werden entsprechend der Zellenspezifikation und den Produktionsanforderungen ausgewählt.

2. Sortierung von Spannung und Innenwiderstand

Nach der Kapazitätseinstufung können die Zellen erneut auf Spannung und Innenwiderstand geprüft werden.

In dieser Phase werden Zellen mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften vor der Packmontage zusammen gruppiert. Zellen außerhalb der festgelegten Grenzwerte können in den NG-Kanal ausgesondert werden.

ACEY Sortieranlage für Pouch-Zellen kann für automatische Prüfung, Einstufung und Sammlung konfiguriert werden.

Zu den wichtigsten Spezifikationen gehören:

• Sortiergeschwindigkeit: ungefähr 8–10 PPM
• Anlagenauslastung: ≥95%
• Bis zu 7 Sortierkanäle
• Übliche Konfiguration: 6 OK-Kanäle + 1 NG-Kanal
• Zellenlänge: 50–170 mm
• Zellenbreite: 20–100 mm
• Zellendicke: 4–20 mm
• Steuerung über Industrie-PC
• Optionaler Innenwiderstandstester
• Optionaler Barcode-Scanner

Die Vorrichtungen können auch geändert oder angepasst werden, wenn derselbe Produktionsbereich mehr als eine Pouch-Zellengröße verarbeiten muss.

3. Schneiden der Pouch-Zellenlaschen

Sobald die Zellen eingestuft und angepasst wurden, müssen die positiven und negativen Laschen möglicherweise vor dem Schweißen zugeschnitten werden.

Die Laschenlänge und -position werden durch die Struktur des Batteriepakets bestimmt. Einheitliche Laschenabmessungen erleichtern außerdem die Kontrolle der Zellpositionierung und des Schweißvorgangs.

ACEY-PTC560 Pouch-Zellenlaschen-Schneidemaschine umfasst:

• Breite der positiven Lasche: 5–60 mm
• Breite der negativen Lasche: 5–60 mm
• Abstand zwischen den Laschenmitten: 12–150 mm
• Batterietyp: Pouch-Zelle

Nach dem Schneiden der Laschen werden die Zellen entsprechend der erforderlichen Reihen-Parallel-Konfiguration angeordnet und für den nächsten Montageschritt in einer Vorrichtung positioniert.

4. Verbinden der Pouch-Zellen

Der Schweißprozess wird entsprechend den Zelllaschen, dem Verbindungsmaterial und der Struktur des Batteriepakets ausgewählt.

Für Pouch-Batteriepakete kann ACEY sowohl Lösungen für Ultraschall-Metallschweißen als auch für Laserschweißen anbieten.

*Ultraschallschweißen

Ultraschall-Metallschweißmaschineverwendet hochfrequente mechanische Vibration zusammen mit Druck, um die Metallschichten zu verbinden.

Für die in dieser Drohnen-Batteriepack-Lösung aufgeführte Konfiguration kann das Gerät zum Zweischichtschweißen von etwa 0,2 mm dickem Aluminium oder nickelbeschichtetem Kupfermaterial verwendet werden.

Das System unterstützt:

• Ultraschallfrequenz: 20 kHz ±200 Hz
• Maximale Eingangsleistung: 6000 VA
• Schweißdruck: 0,1–0,6 MPa
• Schweißzeit: etwa 0,1–0,8 s
• Schweißbereich: etwa 20 × 4 mm
• Zeit-, Energie- und segmentierte Schweißmodi

Das Schweißhorn, die Vorrichtung und die Prozessparameter werden an die tatsächlichen Materialien des Kunden angepasst.

Laserschweißen ist eine weitere Option, wenn die Lasche und die Verbindungsstruktur für einen Laserprozess geeignet sind.

ACEY-LWM-Serien-Laserschweißmaschinen für diese Anwendung sind verfügbar mit:

• 1500 W
• 2000 W
• 3000 W

• Laserwellenlänge: 1070 nm
• Kontinuierlicher oder modulierter Arbeitsmodus
• 0–100 % Leistungsanpassung
• 15 m Faser
• Wasserkühlung
• Angepasster Schweißhub

Für beide Schweißverfahren muss die Materialkombination zuerst geprüft werden. Laschenmaterial, Dicke, Anzahl der verschweißten Schichten, Überlappungsdesign und Schweißbereich beeinflussen alle die endgültige Gerätekonfiguration.

Wenn die Struktur noch nicht festgelegt ist, ist das Testen der tatsächlichen Laschen und Verbindungsmaterialien des Kunden die praktischste Methode, um den Schweißprozess zu bestätigen.

Ultraschallschweißen oder Laserschweißen: Welche Methode sollte verwendet werden?

Die Schweißmethode sollte anhand der tatsächlichen Batteriekonstruktion und nicht allein anhand der Maschinenleistung ausgewählt werden.

Für die direkte Verbindung von Pouch-Zelllaschen wird das Ultraschallschweißen häufig zuerst bewertet.

Laserschweißen kann in Betracht gezogen werden, wenn die Struktur der Verbindung zwischen Lasche und Verbinder sowie die Materialkombination besser für die Laserbearbeitung geeignet sind.

5. Installation und Prüfung des BMS

Nach der Verbindung der Zellen kann das BMS installiert werden.

Das BMS bietet Schutz- und Überwachungsfunktionen für das Batteriepack. Intelligente BMS-Designs können auch die Kommunikation mit der Drohne oder dem externen System umfassen.

ACEY BMS-Prüfgerätkann für Hardware-BMS- und intelligente BMS-Anwendungen konfiguriert werden.

Verfügbare Bereiche umfassen:

• Spannungssimulation: 20S / 24S / 32S oder kundenspezifisch
• Überentladeschutzstrom: 120–600 A
• Maximaler Ladestrom: 50–300 A
• Spannungseinstellbereich: 500–5000 mV
• Widerstandsbereich: 0–999 mΩ
• Kommunikation: UART / CAN / RS485

Bei einem intelligenten BMS sollte das Kommunikationsprotokoll bei der Konfiguration des Prüfgeräts bestätigt werden.

BMS-Prüfung und Prüfung des fertigen Batteriepacks sind zwei getrennte Schritte.

Der BMS-Tester konzentriert sich auf die Schutzplatine und ihre Funktionen. Der Batterie-Kompletttester wird später verwendet, um das montierte Batteriepack zu prüfen.

6. Montage des Batteriepacks und elektrische Prüfung

Nach dem Schweißen und der BMS-Installation können die verbleibende Verkabelung, Steckverbinder, Isoliermaterialien und andere Packkomponenten montiert werden.

Das fertiggestellte Pack wird anschließend mit einem Batterie-Kompletttester verbunden.

Für die ACEY-BIT-Serie umfassen die verfügbaren Konfigurationen:

• Spannung: 60 V / 100 V / 120 V / 150 V
• Innenwiderstand: 0–2000 mΩ
• Ladestrom: 30 A / 50 A / 100 A
• Entladestrom: 120 A / 200 A / 300 A / 400 A / 500 A
• Kurzschlusstestzeit: 0–2000 μs
• Überstromverzögerung: 0–30 s
• NTC: 0–100 kΩ
• R1: 0–100 kΩ

Spannungs- und Strombereiche des Testers sollten mit den Spezifikationen des fertigen Packs übereinstimmen.

Dies ist besonders relevant für UAV-Batterien mit hoher Entladerate. Eine Batterie muss keine besonders hohe Packspannung haben, aber ihr Entladestrom kann dennoch viel höher sein als der vieler herkömmlicher Batterieanwendungen.

7. Lade-Entlade-Alterung

Nach der elektrischen Prüfung können fertige Batterie-Packs zur Alterungsstation transportiert werden.

Die Alterungsausrüstung führt das Pack durch programmierte Lade-Entlade-Zyklen. Die Testbedingungen können entsprechend den eigenen Produktions- und Qualitätskontrollanforderungen des Batterieherstellers eingestellt werden.

ACEY Batterie-Pack-Alterungsmaschinensind verfügbar mit:

• Spannungsbereiche von 60 V bis 1650 V
• Lade-/Entladestrom von 50 A bis 1000 A
• 1 / 2 / 4 / 8 / 16 / 32 Kanäle
• Unabhängige Steuerung für jeden Kanal
• CC-, CV- und CCCV-Lademodi
• CD-, CP- und CR-Entlademodi
• Genauigkeit: ±0,05 % FS + 0,05 % RD
• Bis zu 9999 programmierbare Schritte
• Bis zu 9999 Zyklen
• Bis zu 10 verschachtelte Schleifenebenen

Abschaltbedingungen können nach Zeit, Spannung, Strom, Kapazität und anderen Testparametern programmiert werden.

Das Alterungsprogramm, die Anzahl der Zyklen und die Bestehen/Nichtbestehen-Grenzwerte werden normalerweise vom Batteriehersteller festgelegt.

Vollständiger Produktionsablauf für Drohnen-Batterie-Packs

Der vollständige Produktionsablauf kann wie folgt angeordnet werden:

1. Kapazitätsklassifizierung der Zellen
2. Sortierung nach Spannung und Innenwiderstand
3. Zellenanpassung
4. Laschen-Schneiden von Pouch-Zellen
5. Zellenanordnung und Vorrichtungspositionierung
6. Ultraschall- oder Laserschweißen
7. BMS-Installation und Prüfung
8. Verkabelung, Isolierung und Montage des Batterie-Packs
9. Elektrische Prüfung des Batterie-Packs
10. Lade-Entlade-Alterung
11. Endprüfung

• Schrumpfen mit Wärme
• Etikettierung
• Codierung oder Kennzeichnung
• Kabelverarbeitung
• Steckerinstallation
• Isolationsmontage
• Montage des Außengehäuses

Diese Prozesse können je nach endgültiger Packstruktur hinzugefügt werden, anstatt für jede Produktionslinie festgelegt zu sein.

Welche Drohnenbatterien können mit diesem Prozess hergestellt werden?

Derselbe Prozess kann an Pouch-Batteriepacks für verschiedene UAV-Anwendungen angepasst werden, darunter:

• FPV-Drohnen
• Renn-Drohnen
• Drohnen zur landwirtschaftlichen Besprühung
• Drohnen für Luftfotografie
• Vermessungs- und Kartierungs-UAVs
• Drohnen für industrielle Inspektionen
• Lieferdrohnen
• Notfall- und Rettungs-UAVs
• Andere hochstromfähige Pouch-Batteriepacks

Die Anwendung allein reicht nicht aus, um die Ausrüstung auszuwählen.

Eine 6S-Renn-Drohnenbatterie und beispielsweise eine große Landwirtschaftsdrohnenbatterie können sehr unterschiedliche Zellgrößen, Kapazitäten, Stromanforderungen und Packstrukturen aufweisen, obwohl beide in Drohnen verwendet werden.

Für die Auswahl der Ausrüstung sind die Batteriespezifikationen der nützlichere Ausgangspunkt.

Warum eine halbautomatische Montagelinie verwenden?

Eine modulare halbautomatische Linie ist praktisch, wenn mehrere Batteriemodelle in derselben Fabrik hergestellt werden oder wenn das Produktionsvolumen noch kein vollständig automatisches System erfordert.

Jeder Prozess verwendet spezielle Ausrüstung, während das Be- und Entladen, der Vorrichtungstransfer und einige Montagearbeiten manuell bleiben können.

Diese Einrichtung eignet sich gut für:

• Neue Projekte zur Drohnenbatterieproduktion
• Fertigung mit kleinen und mittleren Stückzahlen
• Mehrere Batteriemodelle
• Produktentwicklung und Pilotproduktion
• Hersteller, die von manueller Montage aufrüsten
• Angepasste UAV-Batterieproduktion

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ausrüstung schrittweise hinzugefügt werden kann. Ein Hersteller, der beispielsweise bereits über Zellklassifizierungsgeräte verfügt, kann nur die Sortier-, Schweiß-, Prüf- oder Alterungsbereiche konfigurieren, die in der aktuellen Linie fehlen.

Welche Informationen werden benötigt, um die Linie zu konfigurieren?

Um die Ausrüstung korrekt zu konfigurieren, müssen zuerst die Batteriespezifikationen bestätigt werden.

Zu den nützlichsten Informationen gehören:

• Abmessungen der Pouch-Zelle — Länge × Breite × Dicke
• Nennspannung der Zelle
• Kapazität der Zelle
• Batteriechemie
• Reihen-Parallel-Konfiguration — beispielsweise 6S1P oder 6S2P
• Spannung des fertigen Batteriepacks
• Kapazität des fertigen Packs
• Maximaler Ladestrom
• Maximaler Entladestrom
• Materialien der positiven und negativen Ableiter
• Breite und Dicke der Ableiter
• BMS-Typ
• Kommunikationsprotokoll, falls ein intelligentes BMS verwendet wird
• Erforderliche Produktionsleistung
• Bevorzugte Schweißmethode, falls bereits entschieden
• Zeichnung des Akkupacks, Zellzeichnung oder Beispielbilder

Diese Details werden verwendet, um die Vorrichtungen, Testerbereiche, den Schweißprozess und andere Gerätekonfigurationen zu bestätigen.

Wenn der Schweißprozess noch nicht endgültig festgelegt wurde, können auch tatsächliche Zell- und Tab-Muster zur Prozessbewertung verwendet werden.

ACEY-Ausrüstung für die Montage von LiPo-Drohnenakkupacks

ACEY liefert Ausrüstung für die wichtigsten Schritte der Produktion von UAV-Akkupacks mit Pouch-Zellen, von der Zellklassifizierung und -sortierung bis zur Tab-Vorbereitung, zum Schweißen, zum BMS-Test, zum Test fertiger Akkupacks und zur Lade-/Entladealterung.

Die Produktionslinie kann ausgestattet werden mit:

• Kapazitätsklassifizierungsmaschinen für Batteriezellen
• Sortiermaschinen für Pouch-Zellen
• Tab-Schneidemaschinen für Pouch-Zellen
• Ultraschall-Metallschweißmaschinen
• Laserschweißmaschinen
• BMS-Testsysteme
• Umfassende Batterietester
• Alterungsmaschinen für Akkupacks

Vorrichtungen, Testbereiche, Schweißwerkzeuge und Arbeitsplatzanordnungen können entsprechend der tatsächlichen Batterie konfiguriert werden, anstatt für jedes Projekt dieselbe feste Einrichtung zu verwenden.

Wenn Sie eine Montagelinie für LiPo-Drohnenakkupacksplanen, senden Sie uns die Spezifikationen der Pouch-Zelle, Packspannung und Kapazität, Reihen-Parallel-Konfiguration, maximalen Lade-/Entladestrom, Tab-Informationen, BMS-Details und erforderliche Leistung. Mit diesen Angaben kann ACEY die passende Ausrüstung und Prozesskonfiguration für Ihren Akkupack empfehlen.

*Welche Zelltypen kann diese Drohnenakkupack-Linie verarbeiten?