Como São Montados os Packs de Baterias LiPo para Drones? Um Guia de Produção Passo a Passo

As células pouch LiPo são amplamente utilizadas em packs de baterias para drones e UAVs porque permitem designs de packs flexíveis mantendo o peso relativamente baixo. Dependendo da aplicação, uma bateria de drone também pode precisar suportar alta corrente de descarga, ciclos frequentes de carga-descarga e diferentes configurações série-paralelo.

A construção do pack envolve mais do que conectar várias células juntas. As células primeiro precisam ser testadas e combinadas, depois preparadas e soldadas de acordo com o design do pack. Após a instalação do BMS, da fiação e de outros componentes, o pack finalizado passa por testes elétricos e envelhecimento por carga-descarga antes da inspeção final.

Para empresas que estão configurando ou atualizando uma linha de produção de baterias para drones, o primeiro passo é entender como esses processos se conectam e quais equipamentos são necessários em cada etapa.

A seleção de equipamentos deve ser baseada no tamanho real da célula pouch, tensão e capacidade do pack, configuração série-paralelo, corrente máxima, material das abas, BMS e produção necessária.

Quais Equipamentos São Necessários para Montar um Pack de Bateria para Drones?

Uma linha de produção de packs de baterias pouch semiautomática pode ser dividida em várias estações de produção independentes.

1. Classificação de Capacidade de Células Pouch

Antes do início da montagem do pack, as células pouch podem ser carregadas e descarregadas para medir sua capacidade real.

Células do mesmo lote de produção nem sempre são completamente idênticas. A classificação de capacidade fornece dados de teste que podem ser usados ao selecionar células para o mesmo pack de bateria.

ACEY máquina de classificação de capacidade de células de bateria pode ser configurado com:

• 64 / 128 / 160 / 256 canais
• Tensão de carregamento: CC 0–4,5 V
• Tensão de descarga: CC 4,5–2 V
• Opções de corrente: 20 A / 30 A / 40 A / 60 A
• Espaçamento do dispositivo personalizado para diferentes tamanhos de células tipo bolsa

A faixa de corrente e a configuração dos canais são selecionadas de acordo com a especificação da célula e os requisitos de produção.

2. Classificação de tensão e resistência interna

Após a classificação de capacidade, as células podem ser verificadas novamente quanto à tensão e à resistência interna.

Nesta etapa, as células com características elétricas semelhantes são agrupadas antes da montagem do pacote. As células fora dos limites definidos podem ser separadas no canal NG.

ACEY equipamento de classificação de células tipo bolsa pode ser configurado para teste, classificação e coleta automáticos.

As principais especificações incluem:

• Velocidade de classificação: aproximadamente 8–10 PPM
• Utilização do equipamento: ≥95%
• Até 7 canais de classificação
• Configuração comum: 6 canais OK + 1 canal NG
• Comprimento da célula: 50–170 mm
• Largura da célula: 20–100 mm
• Espessura da célula: 4–20 mm
• Controle por computador industrial
• Testador de resistência interna opcional
• Leitor de código de barras opcional

Os dispositivos também podem ser trocados ou personalizados quando a mesma área de produção precisa processar mais de um tamanho de célula tipo bolsa.

3. Corte das abas da célula tipo bolsa

Depois que as células forem classificadas e combinadas, as abas positiva e negativa podem precisar ser aparadas antes da soldagem.

O comprimento e a posição das abas são determinados pela estrutura do pacote de bateria. Dimensões consistentes das abas também facilitam o controle do posicionamento das células e da soldagem.

máquina de corte de abas de células tipo bolsa ACEY-PTC560abrange:

• Largura da aba positiva: 5–60 mm
• Largura da aba negativa: 5–60 mm
• Distância entre centros das abas: 12–150 mm
• Tipo de bateria: célula tipo bolsa

Após o corte das abas, as células são organizadas de acordo com a configuração série-paralelo necessária e posicionadas em um dispositivo para a próxima etapa de montagem.

4. Conexão das células tipo bolsa

O processo de soldagem é selecionado de acordo com as abas das células, o material de conexão e a estrutura do pacote de bateria.

Para pacotes de baterias tipo bolsa, a ACEY pode fornecer soluções de soldagem ultrassônica de metais e soldagem a laser.

*Soldagem ultrassônica

máquina de soldagem ultrassônica de metaisutiliza vibração mecânica de alta frequência juntamente com pressão para unir as camadas de metal.

Para a configuração listada nesta solução de conjunto de baterias para drones, o equipamento pode ser usado para soldagem de duas camadas de material de alumínio de aproximadamente 0,2 mm ou cobre niquelado.

O sistema suporta:

• Frequência ultrassônica: 20 kHz ±200 Hz
• Potência máxima de entrada: 6000 VA
• Pressão de soldagem: 0,1–0,6 MPa
• Tempo de soldagem: aproximadamente 0,1–0,8 s
• Área de soldagem: aproximadamente 20 × 4 mm
• Modos de soldagem por tempo, energia e segmentada

O sonotrodo de soldagem, o dispositivo de fixação e os parâmetros do processo são compatíveis com os materiais reais do cliente.

A soldagem a laser é outra opção quando a aba e a estrutura de conexão são adequadas para um processo a laser.

Máquinas de soldagem a laser da série ACEY-LWMpara esta aplicação estão disponíveis com:

• 1500 W
• 2000 W
• 3000 W

• Comprimento de onda do laser de 1070 nm
• Modo de trabalho contínuo ou de modulação
• Ajuste de potência de 0–100%
• Fibra de 15 m
• Resfriamento a água
• Curso de soldagem personalizado

Para qualquer um dos processos de soldagem, a combinação de materiais precisa ser verificada primeiro. O material da aba, a espessura, o número de camadas soldadas, o projeto de sobreposição e a área de soldagem afetam a configuração final do equipamento.

Quando a estrutura ainda não está definida, testar as abas reais do cliente e os materiais de conexão é a maneira mais prática de confirmar o processo de soldagem.

Soldagem Ultrassônica ou Soldagem a Laser: Qual Deve Ser Usada?

O método de soldagem deve ser escolhido com base na estrutura real da bateria, e não apenas na potência da máquina.

Para conexão direta da aba da célula tipo pouch, a soldagem ultrassônica é geralmente avaliada primeiro.

A soldagem a laser pode ser considerada quando a estrutura de aba para conector e a combinação de materiais são mais adequadas ao processamento a laser.

5. Instalação e teste do BMS

Após a conexão das células, o BMS pode ser instalado.

O BMS fornece funções de proteção e monitoramento para o pacote de baterias. Projetos de BMS inteligente também podem incluir comunicação com o drone ou sistema externo.

Equipamento de teste de BMS ACEYpode ser configurado para aplicações de BMS de hardware e BMS inteligente.

As faixas disponíveis incluem:

• Simulação de tensão: 20S / 24S / 32S ou personalizada
• Corrente de proteção contra sobredescarga: 120–600 A
• Corrente máxima de carga: 50–300 A
• Faixa de configuração de tensão: 500–5000 mV
• Faixa de resistência: 0–999 mΩ
• Comunicação: UART / CAN / RS485

Para um BMS inteligente, o protocolo de comunicação deve ser confirmado quando o testador for configurado.

O teste do BMS e o teste do pacote de baterias finalizado são duas etapas separadas.

O testador de BMS se concentra na placa de proteção e em suas funções. O testador abrangente de bateria é usado posteriormente para verificar o pacote de baterias montado.

6. Montagem do pacote de baterias e teste elétrico

Após a soldagem e a instalação do BMS, a fiação restante, conectores, materiais de isolamento e outros componentes do pacote podem ser montados.

O pacote concluído é então conectado a um testador abrangente de bateria.

Para a série ACEY-BIT, as configurações disponíveis incluem:

• Tensão: 60 V / 100 V / 120 V / 150 V
• Resistência interna: 0–2000 mΩ
• Corrente de carga: 30 A / 50 A / 100 A
• Corrente de descarga: 120 A / 200 A / 300 A / 400 A / 500 A
• Tempo de teste de curto-circuito: 0–2000 μs
• Atraso de sobrecorrente: 0–30 s
• NTC: 0–100 kΩ
• R1: 0–100 kΩ

As faixas de tensão e corrente do testador devem corresponder às especificações do conjunto de bateria finalizado.

Isso é particularmente relevante para baterias UAV de alta descarga. Uma bateria pode não ter uma tensão de conjunto especialmente alta, mas sua corrente de descarga ainda pode ser muito maior do que a de muitas aplicações de baterias padrão.

7. Envelhecimento por Carga e Descarga

Após os testes elétricos, os conjuntos de baterias finalizados podem ser transferidos para a estação de envelhecimento.

O equipamento de envelhecimento executa ciclos programados de carga e descarga no conjunto. As condições de teste podem ser definidas de acordo com os próprios requisitos de produção e controle de qualidade do fabricante da bateria.

Máquinas de envelhecimento de conjuntos de baterias da ACEY estão disponíveis com:

• Faixas de tensão de 60 V a 1650 V
• Corrente de carga/descarga de 50 A a 1000 A
• 1 / 2 / 4 / 8 / 16 / 32 canais
• Controle independente para cada canal
• Modos de carga CC, CV e CCCV
• Modos de descarga CD, CP e CR
• Precisão: ±0,05% FS + 0,05% RD
• Até 9999 etapas programáveis
• Até 9999 ciclos
• Até 10 níveis de loop aninhados

As condições de corte podem ser programadas por tempo, tensão, corrente, capacidade e outros parâmetros de teste.

O programa de envelhecimento, o número de ciclos e os limites de aprovação/reprovação são normalmente definidos pelo fabricante da bateria.

Fluxo Completo de Produção de Conjuntos de Baterias para Drones

O fluxo completo de produção pode ser organizado como:

1. Classificação da Capacidade das Células
2. Classificação por Tensão e Resistência Interna
3. Correspondência das Células
4. Corte das Abas das Células Pouch
5. Disposição das Células e Posicionamento dos Dispositivos de Fixação
6. Soldagem Ultrassônica ou a Laser
7. Instalação e Teste do BMS
8. Fiação, Isolamento e Montagem do Conjunto de Bateria
9. Teste Elétrico do Conjunto de Bateria
10. Envelhecimento por Carga e Descarga
11. Inspeção Final

• Termorretração
• Rotulagem
• Codificação ou marcação
• Processamento de fios
• Instalação de conectores
• Montagem do isolamento
• Montagem da carcaça externa

Esses processos podem ser adicionados de acordo com a estrutura final do pacote, em vez de serem fixos para cada linha de produção.

Quais baterias de drones podem ser produzidas com este processo?

O mesmo processo pode ser adaptado para pacotes de baterias tipo bolsa para diferentes aplicações de UAV, incluindo:

• Drones FPV
• Drones de corrida
• Drones agrícolas de pulverização
• Drones de fotografia aérea
• UAVs de levantamento e mapeamento
• Drones de inspeção industrial
• Drones de entrega
• UAVs de emergência e resgate
• Outros pacotes de baterias tipo bolsa de alta descarga

A aplicação em si não é suficiente para selecionar o equipamento.

Uma bateria de drone de corrida 6S e uma bateria de drone agrícola grande, por exemplo, podem ter tamanhos de células, capacidade, requisitos de corrente e estruturas de pacote muito diferentes, embora ambas sejam usadas em drones.

Para a seleção do equipamento, a especificação da bateria é o ponto de partida mais útil.

Por que usar uma linha de montagem semiautomática?

Uma linha modular semiautomática é prática quando vários modelos de baterias são produzidos na mesma fábrica ou quando o volume de produção ainda não exige um sistema totalmente automático.

Cada processo utiliza equipamentos dedicados, enquanto o carregamento, descarregamento, transferência de dispositivos de fixação e alguns trabalhos de montagem podem permanecer manuais.

Essa configuração funciona bem para:

• Novos projetos de produção de baterias para drones
• Fabricação de pequeno e médio volume
• Vários modelos de baterias
• Desenvolvimento de produtos e produção piloto
• Fabricantes que estão migrando da montagem manual
• Produção personalizada de baterias para UAV

Outra vantagem é que os equipamentos podem ser adicionados gradualmente. Um fabricante que já possui equipamentos de classificação de células, por exemplo, pode configurar apenas as seções de classificação, soldagem, teste ou envelhecimento que estão faltando na linha atual.

Quais informações são necessárias para configurar a linha?

Para configurar corretamente o equipamento, as especificações da bateria precisam ser confirmadas primeiro.

As informações mais úteis incluem:

• Dimensões da célula tipo bolsa — comprimento × largura × espessura
• Tensão nominal da célula
• Capacidade da célula
• Química da bateria
• Configuração em série-paralelo — como 6S1P ou 6S2P
• Tensão do pacote de bateria finalizado
• Capacidade do pacote finalizado
• Corrente máxima de carregamento
• Corrente máxima de descarga
• Materiais das abas positiva e negativa
• Largura e espessura das abas
• Tipo de BMS
• Protocolo de comunicação, se for utilizado um BMS inteligente
• Produção necessária
• Método de soldagem preferido, se já estiver decidido
• Desenho do conjunto de baterias, desenho da célula ou fotos de amostra

Esses detalhes são usados para confirmar os dispositivos, as faixas do testador, o processo de soldagem e outras configurações do equipamento.

Se o processo de soldagem ainda não tiver sido finalizado, amostras reais de células e abas também podem ser usadas para avaliação do processo.

Equipamentos ACEY para montagem de conjuntos de baterias LiPo para drones

A ACEY fornece equipamentos para as principais etapas da produção de conjuntos de baterias UAV com células tipo bolsa, desde a classificação e seleção de células até a preparação de abas, soldagem, teste de BMS, teste do conjunto final e envelhecimento por carga e descarga.

A linha de produção pode ser composta por:

• Máquinas de classificação de capacidade de células de bateria
• Máquinas de seleção de células tipo bolsa
• Máquinas de corte de abas de células tipo bolsa
• Máquinas de soldagem ultrassônica de metais
• Máquinas de soldagem a laser
• Sistemas de teste de BMS
• Testadores abrangentes de baterias
• Máquinas de envelhecimento de conjuntos de baterias

Dispositivos, faixas de teste, ferramentas de soldagem e layouts de estações de trabalho podem ser configurados com base na bateria real, em vez de usar uma única configuração fixa para todos os projetos.

Se você estiver planejando uma linha de montagem de conjuntos de baterias LiPo para drones, envie-nos as especificações das células tipo bolsa, a tensão e capacidade do conjunto, a configuração série-paralelo, a corrente máxima de carga/descarga, as informações das abas, os detalhes do BMS e a produção necessária. Com esses detalhes, a ACEY pode recomendar os equipamentos e a configuração do processo para o seu conjunto de baterias.

*Que tipo de células esta linha de conjuntos de baterias para drones pode processar?