电池技术
1. 术语_关键字
动力电池的几个关键参数：
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容量、电压：这两个很容易理解，就不多解释了。
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能量密度：是单位重量所存储的电量，单位是wh/kg，简单点可以理解为同样重量存电越多越好，同样电量电池越轻越好。
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充放电倍率：经常叫c数，代表电池的充放电能力，这个和电芯工艺、质量有很大关系，c数越大能够用更大的电流充电，
最大充电电流=容量*c数，例如100Ah容量的电池，如果0.2c，只能以20A充电，如果1c，就可以以100A充电。所以，同样容量的电池，c数越高价格越贵，尤其是航模的电池。
充电：动力电池充电没有那么简单，需要对应的特殊充电器，控制技术相对复杂，并不是简单的电压相同接上就可以充，一般充电的初始阶段需要恒流，也就是电压慢慢提升保证电流一定，最后阶段需要恒压，也就是冲到额定电压，电流逐渐减小，玩航模的一般都有昂贵的智能充电器，充电器就价值1000以上。
平衡：因为动力电池都是大量的单体通过串联，并联来达到需要的电压和容量，而其中坏一个，就可能导致整个电池组失效，因此充放电管理就非常重要，理论上放电截至只能以最小的为准，充电只能以最饱和的为准，为了解决这个问题，一方面要求电芯的一致性非常高，另一方面就需要通过平衡来解决，放电时，让饱和的多放，充电时让低电压的多充。所以电池管理系统才那么复杂。
2. 电池的分类
- 容量电池可以以最大3C电流放电
- 动力电池一般是指可以以5C电流放电，而且超高倍率的动力电池可以以20C或更大的电流进行放电
2.1. 容量电池
主要是为产品提供更长的续航能力，以能量密度为主要研发方向的锂电池。随着技术的提高容量电池续航能力在逐步提升，体积也在不断变小。
应用领域：消费类电子设备、手机电池、TATTU充电宝等等。
2.2. 动力电池
主要是为产品提供高放电倍率和持续稳定的电压电流，以电池安全为基本原则，提高产品运行时的可靠性为主要研发发展方向的锂电池。简单来说，动力电池就是为工具提供动力来源的一种电源，动力电池更多需要先进的工艺控制、一致性控制和质量管理。
应用领域：车电、航电、无人机大电池、启动电源、点火器等等。
2.3. 区别
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放电电流:
- 容量电池内阻大，单位时间内放电电流较小
- 动力电池因为要驱动的设备功率大，所以内阻小，单位时间内放电电流比较大
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电压不同:
- 动力型锂电池组能够满足一些大功率的设备上；电压大对应的输出电压也会增大；
- 容量型锂电池组采用并联方式直接使整个电池组的电流增大，而容量是受输出端的电流影响的，所以并联直接作用使得锂电池组的容量增大；
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体积不同
- 容量电池大多使用在消费类产品上，一般体积较小，比如手机、充电宝等
- 动力电池提供动力，一般体积较大，比如无人机电池等
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寿命不同
- 容量电池一般是消费类电子产品，因更新迭代过快，而且放电环境比较温和，所以在设计时不会侧重循环寿命。
- 动力电池的使用环境比较恶略，产品的使用周期很长，所以在设计时考虑循环寿命。
虽然实际使用时感觉动力电池的循环寿命很短，大多数都在300-500次，然而手机每天一冲的情况下用几年也上千次了，有人说容量电池的循环寿命比不上动力电池，这个是不正确的；在同样环境下，动力电池的循环寿命要远大于容量电池
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散热与结构设计
- 容量电池一般单独使用
- 动力电池一般都是成组使用
- 容量电池完全可以通过自身去散热
- 成组的动力电池，设计散热时还要考虑散热通道
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安全性
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容量电池对产品的保护要求不高，大多都是产品本身的安全设计，所以容量电池本身只在更高能量密度的基础上靠电池的材料和设计抗住各种危及安全的情况。
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动力电池的产品主体一般价值较高，设计冗余更多，使用更好的隔膜、箔材和外壳，更多的外部保护电路、散热布局等来确保产品主体的安全。
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2.4. 车载电池
3. 关键结构
3.1. 单体电芯
目前电芯普遍采用的包装形式可以分为三种：圆柱电芯、方形电芯和软包电芯。这其中圆柱电芯是被应用到纯电动车中比较早的一种封装方式，起初特斯拉在设计电动车时就率先采用了18650型圆柱电芯。
这个规格电芯最早是由索尼公司建立的标准，名称中“18”代表直径18毫米，“65”代表长度65毫米，末位“0”代表圆柱。之前更广泛地应用于便携电脑、照相机等3C产品中。由于产品周期较长，18650在业内已经积累了非常可靠的生产经验，批量生产也令电池单体一致性更强。
因此相比其它方式而言，单体功率低的圆柱电芯最大优势就是安全性好，因为即使电芯单体失效引发起火爆炸的危害性也是最低的。另外由于单个电芯体积小，模组和电池包的布置方式都更灵活，而且电池系统的液态冷却系统能够像毛细血管一样充分与电芯接触。
以奇点iS6为例，在整个电池热管理系统中一共布置了32路温度传感器，结合智能热管理系统不仅实现了最迅速的温度反馈控制，将电池包整体温差控制在5℃以内，更能够结合环境温度、导航路况、道路坡度等信息对电池温度进行预判，从而将电池温度控制在最理想的状态，不仅至关重要地保证了电池安全性，同时也为有效地延长电池寿命以及续航里程保驾护航。
不过作为生产周期最长的电芯包装形式，圆柱电芯也存在单体数量较大，所以也存在电池热管理系统设计要求细腻的难题，很多电动车制造商纷纷放弃了这个方案，转而采用简单粗暴的方形电芯或软包电芯。
由硬壳封装的方形电芯是目前市场上较为主流的一种选择。硬壳封装方形电池的正负极和圆柱电芯一样也采取卷绕的形式，外部再以钢或铝制壳体进性封装。关于方形电芯的尺寸规格目前没有统一标准，因此需要电动车制造商和电芯供应商协调定制。
这虽然给电动车制造商带来了许多便利，但对于电芯供应商的设计要求压力比较大，电池性能更多依赖于供应商而非整车制造商。此外虽然方形电芯的冷却系统相对简单，但金属外壳带来的重量负担也比较大，在电极材料相同的情况下，能量密度通常小于另外两种封装方式。
软包电池是当下相对比较前沿的一种封装方式，与卷绕式是由单片的正、负极片卷绕成形不同，软包电池的电极由多层极片层叠而成，其特点是内阻小、重量轻，尺寸及其灵活。与另外两种包装形式比较，软包电池在能量密度上的优势最为明显。
不过通常以铝膜作为封装材料的软包电池一致性受到了一定局限，同时对热管理系统同样要求较高。尽管铝膜可以在电池过载失效时缓解危险，但相应地也面临一定漏液和胀气的风险。加上铝膜封装的技术难度比较大，目前软包电池的普及率很低，只有少数制造商选择了知难而上。
软包电池具有：能量密度高、安全性强、布局灵活，轻量化好、循环寿命长等优点，缺点是制作工艺复杂，产品的一致性差，通常需要结合较高的电池热管理系统，才能将整体综合性能发挥至最大化。
现阶段，作为软包动力电池封装的关键材料之一，“铝塑膜”是软包锂电池中技术壁垒最高的材料，目前国产化率不足10%，主要依赖进口，成本高昂。
对于软包电池来说，铝塑膜的成本要占到电池成本的15%至20%，仅次于正极材料和隔膜。当前铝塑膜的主要技术输出国为：日本、韩国和中国，欧美国家鲜有技术专利申请。
3.2. 电池模组
3.3. 动力电池包
3.4. Busbar
Busbar的作用主要是实现电芯与电芯之间的电连接，从而构成所需要的串、并联关系，另一方面Busbar本身因为与电芯直接连接，又可以作为电芯电压和温度的采样点。以下是三种电芯Busbar连接的典型代表模组，从左到右依次为，BMW i3、Chevy Volt、Tesla Model 3。
4. 电池生产工艺
电池的结构
- 正极材料
- 钴酸锂
- 碳酸锂
- 磷酸铁锂
- 三元锂
- 锰酸锂
- 铅酸锂
- 负极材料
- 电解液
- 隔膜（铝箔）
叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺，其大体工艺流程如下：
卷绕工艺是将正负极片、隔离膜、正负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在设备上，设备经过放卷完成电芯制作。
- 提取碳酸锂（原材料）
- 电芯的生产
- 涂布
铜铝箔要绝对平整
涂抹不能有任何杂质 - 箔片压制，切割极耳
- 卷绕/叠加成型，形成裸电芯
- 注入电解液
- 涂布
4.1. 极片制作
4.1.1. 浆料搅拌
4.1.2. 极片涂布
涂布至关重要，需要保证极片厚度和重量一致，否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则，导致电池自放电过快甚至安全隐患。
机会：线扫涂布质量检测
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电极片的涂布面密度检测主要可通过低能X射线，Kr85放射性同位素β射线或者近红外光谱这三类技术来实现。X射线无辐射污染，环保豁免，寿命长；β射线的广谱吸收特性，负极极片的涂布量检测用它来完成非常适合；近红外光谱适用于多组分材料。
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本系统是一个采用线阵CCD进行在线涂布宽度/长度尺寸、错位测量、瑕疵检测，并可结合纠偏/对位控制器进行闭环纠偏/对位控制、结合打标机进行瑕疵标示的系统。
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颗粒、凹坑和气泡:缺陷与正常表面灰度值差值≥20,可检测缺陷尺寸≥Φ2mm
露箔（掉料）
划痕、干料、竖纹
亮斑
暗斑
暗痕、褶皱
极耳带料（极耳处粘附浆料而呈浅黑色）
露箔（掉料）
划痕、干料、竖纹
亮斑
暗斑
暗痕、褶皱
极耳带料（极耳处粘附浆料而呈浅黑色）
4.1.3. 极片辊压
4.1.4. 极片分切
4.1.5. 极片制片
4.1.6. 极片模切
全自动包Mylar机
设备用于动力电池的Mylar与电芯装配后熔接在顶支架上，起到保护电芯的作用，主要功能包括：电芯扫码、电芯上料定位、底托片与Mylar上料定位及热熔、电芯包Mylar、热熔焊接、CCD检测、贴胶、下料及排不良。
设备特点：
- 立式包Mylar，以电芯顶盖与Mylar的中心为基准，避免段差产生，确保Mylar与顶盖的位置精度。
- 脉冲热熔温度控制精准，加热散热快，无拉丝、熔穿现象。
- 采用螺旋式定位针与毛刷机构，防止底托片与Mylar上料过程中带料。
- 底托片/Mylar/胶带自动切换，换料不停机。
4.1.7. 卷绕/叠片：形成裸电芯
叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来，组成一个大电芯的制造工艺，其大体工艺流程如下：
卷绕工艺是将正负极片、隔离膜、正负极耳、保护胶带、终止胶带等物料固定在设备上，设备经过放卷完成电芯制作。先进的CCD可实现自动检测及自动纠偏，确保电芯极片不错位。
- 隔膜起皱
- 长胶起皱、长胶歪斜、长胶未贴上
- 端胶未贴上
- 叠片不齐：极片不齐（上下不齐/左右不齐）、隔膜不齐
- 卷芯夹伤、压伤
- 抽芯
- 极片极耳端外观不良
- 隔膜内折
- 折极耳
4.2. 动力电池PACK制造有工艺
动力电池pack一般是指包装、封装和装配，譬如：2个电池串联起来，安照客户要求组成某一特定形状，我们就叫它pack。在Pack行业，常常把没有组装成可以直接使用的电池叫做电芯，而把连接上PCM板，有充放控制等功能的成品电池叫做电池。
PACK成组工艺是动力电池包生产的关键性步骤，其重要性也随着电动汽车市场的不断扩大而显得越来越明显。目前，汽车用动力电池基本上由以下几个系统组成：电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统。
根据笔者的从业经验，笔者认为动力电池PACK也有四大工艺。分别是：
- 装配工艺
- 气密性检测工艺
- 软件刷写工艺
- 电性能检测工艺
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激光焊
- 铜排和镍片外观:不可脏污、变形、破裂、生锈及极耳短接等不良;
- 镍片和铜排组装:镍片安装平整,歪斜、松动、重叠不可;
- 焊接外观:虚焊、焊焦、焊穿、有焊渣不可；极耳弯褶、断裂不可;
- 焊接强度:不同型号的电池PACK有不同的要求,具体见设计要求。
例:E100镍片:
- 分体侧:45-120N
- 整体侧:50-150N
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点焊
- 焊接外观:虚焊、焊焦、焊穿、有焊渣不可。
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撬焊点、上环氧板
- 焊点外观要求: 裂痕、焊穿、虛焊、漏焊、焊偏、焊焦、有焊渣、极耳重叠不可。
- 环氧板装配要求: 装配到位,卡扣完好,无松动、破损。
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模块密封
- 不可漏涂胶,胶堆积和少胶。
5. 电池组产线
整线釆用“U″型布局方式,电芯入料段采用三道并线的方式,极大节省地面空间,增加物流范围。
5.1. 模块组装
- 机械手抓取电芯，完成自动上料；
- 电芯与下支架条码绑定,测试数据上传MES系统,便于数据追溯；
- CCD检测电芯极性,不良剔除,安全系数高
- 模块高度检测
5.2. 模组组装
- 电芯正极焊接: 四针焊接
- 电芯负极焊机: 两针焊接
- 自动打磨焊针
- OCV/ACR（Open circuit voltage, 开路电压）测试
5.3. 电池包组装
- BUS/B激光焊接机
- CCD焊点检测，剔除不良，人工返修
5.4. 电源系统测试
电池系统测试前配有缓存线。测试工装成左右两侧并排“一字型”布局
5.5. 成品入库等工序
6. 大连豪森——电池生产线
http://www.haosen.com.cn/?list/8.html
案例产品：方形电池电芯产线
产品简介：该电芯产线包括制片（极耳激光成形）、制芯（裸电芯卷绕）、电芯组装（裸电芯热压整形&HIPOT测试、配组贴胶、极耳预焊裁切、极耳与顶盖超声波焊接、保持架安装、裸电芯包膜、裸电芯入壳、顶盖激光焊接）、电芯激活与分选（静置，化成分容、OCV测试）等工艺过程，完成从正、负极片的极耳成形到成品电芯分选的生产过程。
项目组成：极耳激光成形机、卷绕机、热压整形机、配组贴胶机、预焊裁切机、极耳焊接机、保持架安装机、包膜机、入壳机、顶盖焊接机、插钉机、拔钉机、组盘机、拆盘机、静置立库、化成分容、OCV测试
