Le processus d'assemblage des blocs-batteries au lithium : Précision, performance et puissance

Derrière chaque batterie puissante, compacte et fiable se cache un processus de fabrication précis et hautement contrôlé. Cet article donne un aperçu complet de la manière dont les batteries au lithium sont assemblées, en mettant l'accent sur chaque étape, de la sélection des cellules aux tests finaux et à l'emballage.

Sélection des éléments de la batterie

Le processus d'assemblage des batteries commence par la sélection des cellules au lithium. Les trois types de cellules lithium-ion les plus couramment utilisés sont les suivants :

Piles cylindriques (par exemple, 18650, 21700)

Cellules prismatiques

Cellules de la poche

Chaque type de cellule offre des avantages différents en termes de densité énergétique, de gestion thermique et d'intégration structurelle. Le choix des cellules se fait en fonction de l'application - par exemple, les VE à haute puissance peuvent utiliser des cellules cylindriques 21700, tandis que les appareils à espace restreint peuvent préférer les types prismatiques ou à poche.

Considérations clés :

Tension et capacité nominales

Résistance interne

Cohérence des performances (cellules appariées)

Certifications de fiabilité et de sécurité du fabricant

Avant d'être assemblées, les cellules subissent des tests de qualité afin de garantir des performances uniformes. Les disparités de tension, de résistance interne ou de capacité peuvent entraîner un manque d'efficacité et des risques pour la sécurité.

Classement et tri des cellules

Une fois les cellules sélectionnées, elles sont triées ou classées. Cette étape permet de s'assurer que seules les cellules présentant des caractéristiques électriques similaires sont regroupées dans un bloc-batterie, ce qui optimise les performances et la sécurité.

Critères de tri :

Plage de tension

Résistance interne

Capacité (mAh ou Ah)

Date de fabrication et lot

Ce processus est souvent réalisé par des équipements automatisés qui utilisent des algorithmes avancés et des bras robotisés pour manipuler avec précision de grands volumes de cellules.

Conception et configuration de la batterie

La conception est essentielle pour s'assurer que le bloc-batterie répond aux exigences de l'application en matière de puissance, de tension, de courant, de taille, de poids et de gestion thermique.

Configurations courantes :

Connexion en série (S) : Augmente la tension

Connexion en parallèle (P) : augmente le courant/la capacité

Par exemple, une configuration 13S4P implique 13 cellules en série et 4 en parallèle. Les ingénieurs utilisent des logiciels de simulation pour déterminer la conception la plus efficace et la plus sûre.

Structure mécanique :

Porte-cellules et supports

Couches d'isolation

Boîtier résistant aux chocs

Canaux de gestion thermique

Soudage et interconnexion de points de cellules

Une fois la disposition confirmée, les cellules sont fixées en position et connectées électriquement à l'aide de bandes de nickel ou de conducteurs en cuivre.

Procédé de soudage par points :

Des bandes de nickel sont placées sur les bornes de la cellule

Une impulsion de courant élevé crée une chaleur localisée qui soude la bande à la cellule.

La soudure doit être forte, conductrice et propre.

Le soudage au laser gagne également en popularité en raison de sa précision et de son impact thermique réduit.

Intégration du système de gestion de la batterie (BMS)

Le système de gestion de la batterie (BMS) est un composant essentiel qui surveille et contrôle le fonctionnement de la batterie.

Fonctions du système de gestion des bâtiments :

Surveillance de la tension, de la température et du courant

Équilibrer la charge entre les cellules

Protection contre les surcharges, les décharges excessives, les surintensités et les courts-circuits

Communication avec des systèmes externes (bus CAN ou UART)

Des faisceaux de câbles relient le BMS à chaque série de cellules pour assurer un contrôle précis. La carte BMS est généralement fixée sur le dessus ou sur le côté de la batterie.

Isolation et gestion thermique

La sécurité est primordiale dans la conception des batteries. Des matériaux isolants et des systèmes de dissipation de la chaleur appropriés sont essentiels pour éviter l'emballement thermique et les courts-circuits.

Techniques d'isolation :

Kapton ou papier de poisson entre les cellules

Gaine thermorétractable autour de l'emballage

Rembourrage en mousse pour l'absorption des chocs

Solutions thermiques :

Canaux de refroidissement de l'air

Dissipateurs thermiques ou plaques d'aluminium

Matériaux à changement de phase ou refroidissement par liquide (pour les applications à haute performance)

Boîtier et assemblage mécanique

Les cellules assemblées, le câblage et le BMS sont enfermés dans un boîtier de protection qui protège le pack des dommages physiques, de l'humidité et de la poussière.

Types de cas :

Boîtiers en plastique moulé par injection

Boîtiers en alliage d'aluminium

Supports personnalisés imprimés en 3D (pour la production à petite échelle)

L'enveloppe est scellée, souvent par soudage ultrasonique ou à l'aide d'adhésifs industriels, et comprend parfois des évents ou des soupapes de décompression pour des raisons de sécurité.

Essais et contrôle de la qualité

Chaque batterie au lithium est soumise à des tests rigoureux avant d'être expédiée.

Tests électriques :

Vérification de la tension et de la capacité

Test du cycle de charge/décharge

Vérifications de la charge et de l'impédance

Tests de sécurité :

Protection contre les courts-circuits

Réponse aux surtensions et aux sous-tensions

Augmentation de la température sous charge

Inspection visuelle :

Intégrité des soudures par points

Alignement des connecteurs

Défauts de l'enveloppe

De nombreux fabricants utilisent des stations d'essai automatisées pour garantir la cohérence et la traçabilité.

Étiquetage et conformité

Pour satisfaire aux réglementations internationales en matière de sécurité et de transport, les batteries doivent être étiquetées de manière appropriée. Cela comprend

Tension et capacité nominales

Nom et coordonnées du fabricant

Marques de conformité (par exemple, CE, UL, UN38.3)

Codes QR ou codes-barres pour la traçabilité

L'épreuve UN38.3 est particulièrement cruciale pour les batteries destinées à être expédiées par avion.

Emballage et logistique

La dernière étape consiste à emballer la batterie pour l'expédier. Des sacs antistatiques, des inserts en mousse et des cartons solides sont utilisés pour éviter tout dommage physique ou électrostatique.

Certains envois nécessitent :

Déclaration de marchandises dangereuses

Étiquetage spécial (par exemple, "Pile au lithium à l'intérieur")

Documentation douanière pour le dédouanement

Tendances et innovations dans l'assemblage des batteries

L'industrie des batteries évolue rapidement, l'automatisation, l'IA et la durabilité étant les moteurs de la prochaine génération de production de packs.

L'assemblage des batteries au lithium est un processus hautement technique et sensible à la qualité. De la sélection et de la configuration des cellules à l'intégration du BMS et aux tests de sécurité, chaque étape joue un rôle essentiel pour garantir que le produit final est sûr, durable et performant.