定制电池组设计流程：从需求到量产

定制电池组不仅仅是一组串联的电池单元。对于工业机器人而言，, AGV，, AMR，, 医疗器械, 便携式设备、电动工具、电动自行车、, 无人机, ……以及储能系统中，电池是一个集成式供电系统，必须满足最终产品的电气、机械、热管理、通信、安全及运行要求。.

对于OEM和ODM客户而言，一套结构化的电池开发流程可以减少设计变更、原型机故障、认证问题以及生产风险。.

从最初的技术要求到电芯选型、BMS开发、机械设计、原型测试、认证、试生产和批量生产，每个阶段都会对最终的电池组产生影响。.

本指南阐述了定制电池组开发流程的关键阶段，以及制造商和产品工程师在投入量产前应评估的信息。.

1. 先了解申请要求

定制电池组设计的第一个步骤是了解电池的实际使用情况。.

制定电池规格时，不应仅基于所需电压和容量。电池制造商需要了解设备的完整工作特性。.

重要信息包括：

• 应用及设备类型
• 额定系统电压
• 工作电压范围
• 平均电流
• 最大连续电流
• 峰值电流
• 峰值电流持续时间
• 平均功耗
• 每个周期的运行时间
• 每日运行周期
• 充电方式
• 充电电压和电流
• 所需充电时间
• 工作温度
• 充电温度
• 储存温度
• 电池安装空间
• 重量限制
• 通信要求
• 防水或防尘要求
• 预期循环寿命
• 目标使用寿命
• 目标市场
• 适用的认证要求

例如，工业机器人电池可能需要具备高放电能力、抗振动性、与机器人控制器的通信能力，以及在长时间工作周期内保持可靠运行。.

医疗设备用电池可能更注重稳定的供电、准确的电量状态信息、保护功能、可靠性以及相关法规要求。.

正因如此，电池设计应从应用场景出发，而非从特定的电芯型号入手。.

2. 确定电压、容量和能量要求

一旦了解了工作条件，电池制造商就可以确定基本的电气配置。.

锂电池组通常通过将电池单元串联和并联来组成。.

例如，一个描述为 13S4P 包含：

• 13个串联的电池或电池组
• 每组由4个电池并联组成
• 使用圆柱形电池时，共计52个独立电池

串联连接主要决定电池组的电压，而并联连接则可提高容量和电流承载能力。.

电压计算

对于标称电压为3.6V的锂离子电池：

3.6V × 13S = 46.8V（标称电压）

对于标称电压约为 3.2V 的磷酸铁锂（LiFePO4）电池：

3.2V × 16S = 51.2V（标称电压）

实际的工作电压范围取决于电池的化学成分、充电电压、放电截止电压、BMS设置以及设备要求。.

容量计算

如果一个电芯的额定容量为 5Ah，且将四个电芯并联：

5Ah × 4P = 20Ah

因此，采用这些电池的13S4P配置其标称配置大致为：

46.8V / 20Ah

其标称能量可按以下公式估算：

电压 × 容量 = 46.8V × 20Ah = 936Wh

实际可用能量可能会因放电条件、温度、电池管理系统（BMS）的保护阈值、电池特性以及设备的最低工作电压等因素而降低。.

3. 选择合适的电池电芯

电芯选型是定制电池组项目中最重要的决策之一。.

制造商在评估时不应仅关注电池容量。.

主要参数包括：

• 细胞化学
• 额定电压
• 额定容量
• 最大连续放电电流
• 峰值放电能力
• 充电特性
• 内部电阻
• 周期寿命
• 工作温度
• 细胞尺寸
• 重量
• 可用性
• 生产的一致性
• 长期供应稳定

常见的锂电池规格包括圆柱形电池（如18650和21700）以及棱柱形电池。.

锂离子电池适用于既需要高能量密度又需要高功率输出的应用场景。.

在循环寿命、热特性及长期运行至关重要的应用场景中，磷酸铁锂（LiFePO4）电池常被纳入考虑范围，此类应用包括工业设备、自动导引车（AGV）、自主移动机器人（AMR）、高尔夫球车以及储能系统。.

然而，并没有一种电池化学体系能适用于所有应用场景。.

正确的选择取决于实际负载曲线、可用的安装空间、所需能量、温度条件、安全要求、预期使用寿命以及目标成本。.

单元格匹配与一致性

对于多电芯电池组而言，电芯的一致性也至关重要。.

同一组电池中的单体电池应具有高度一致的电学特性。容量、内阻和电压特性方面的差异可能会加剧充放电过程中的不平衡现象。.

因此，专业的电池组制造工艺在组装前包括电芯检测、分拣、匹配和可追溯性等环节。.

4. 计算连续电流和峰值电流

仅凭电池容量并不能决定电池能否驱动某台设备。.

一块 20Ah 的电池虽然可能为某项应用提供足够的能量，但仍可能无法满足所需的峰值电流。.

因此，在电池设计中应区分以下几点：

• 正常工作电流
• 最大连续电流
• 峰值电流
• 启动电流
• 电机加速电流
• 堵转电流
• 再生电流（如适用）

这一点对于机器人、AGV、AMR、电动自行车、电动工具以及其他含有电机的设备而言尤为重要。.

例如，自动导引车（AGV）在稳定行驶时可能消耗适度的电流，但在加速或承载重物时则需要消耗明显更高的电流。.

电池、电池管理系统（BMS）、布线、连接器、保护元件以及电芯配置都需要适应实际的负载曲线。.

5. 设计电池管理系统

电池管理系统（BMS）是可充电锂电池组的关键组成部分。.

电池管理系统（BMS）可根据电池架构和应用场景，对多个参数进行监测和控制。.

典型功能包括：

• 过充电保护
• 过放电保护
• 过流保护
• 短路保护
• 过温保护
• 低温保护
• 电池电压监测
• 细胞平衡
• 电荷状态估计
• 健康状况监测
• 充放电控制
• 故障检测
• 数据通信

对于智能工业设备，可能需要额外的通信接口，例如：

• CAN
• SMBus
• UART
• RS485
• RS232
• 蓝牙

楼宇管理系统（BMS）的设计应围绕设备进行，而非将其作为孤立的组件来选型。.

对于一款简单的便携式产品，基本防护功能可能就足够了。.

对于AGV、AMR、工业机器人或车队运营车辆而言，电池可能需要向设备控制器报告电压、电流、温度、SOC、报警及其他运行信息。.

BMS 参数配置

应结合所选电池化学体系和设备要求，对电池管理系统（BMS）的保护阈值进行评估。.

参数可能包括：

• 电池过压阈值
• 电池欠压阈值
• 充电过流阈值
• 放电过流阈值
• 短路响应
• 过热保护
• 低温充电保护
• 平衡条件
• 恢复条件

参数配置不正确可能会导致过早触发保护或电池保护不足。.

因此，电池管理系统（BMS）的开发应通过实验室测试和实际设备测试两种方式进行验证。.

6. 设计机械结构

电气设计只是定制电池组的一部分。.

电池必须在物理上能够安装在客户的设备内，并在运行过程中保持稳固。.

机械设计可能包括：

• 细胞排列
• 电池盒
• 电池托架
• BMS安装
• 电缆布线
• 连接器定位
• 安装点
• 把手或抽拉机构
• 密封结构
• 隔热
• 防震保护
• 防振动措施
• 热管理

在便携式和嵌入式电池应用中，空间限制尤为重要。.

例如，某款医疗设备可能需要一款配备专用装卸机构的紧凑型电池。.

工业机器人可能需要一种可在运行过程中快速更换的电池。.

户外设备可能需要配备专为防尘、防水而设计的防护外壳。.

因此，机械设计需要与电气架构同步开发。.

7. 考虑热管理

电池温度会影响其性能、充电行为、安全性和使用寿命。.

热分析应考虑以下方面：

• 连续放电电流
• 峰值电流
• 电池内阻
• 环境温度
• 外壳设计
• 散热
• 充电电流
• 工作占空比

大电流应用在运行过程中可能会产生大量热量。.

如果无法有效散热，电池温度可能会升高，从而影响性能。.

根据具体应用情况，热管理可能包括：

• 单元间距
• 导热材料
• 热界面材料
• 通风
• 散热器
• 外壳设计
• 温度传感器
• 基于软件的限流

合适的解决方案取决于电池的尺寸和应用场景。.

8. 设计电气连接和保护元件

内部电气连接系统也会影响电池性能。.

根据设计不同，电池组可能采用：

• 镍带焊接
• 激光焊接
• 母线
• 铜连接件
• 柔性连接
• 线束
• 保险丝
• 继电器
• 连接器

对于大电流电池组而言，电路中的电阻会产生热量并导致电压降。.

因此，工程团队需要评估完整的电流路径：

电芯 → 连接 → 保险丝 → BMS → 导线 → 接头 → 设备

应根据所需电流、电压、温度、机械环境以及预期使用寿命来选配每个元件。.

9. 制作工程原型

在电气、机械和BMS设计获得批准后，项目将进入原型机生产阶段。.

典型的原型制作流程包括：

工程设计 → 物料清单确认 → 电芯制备 → 电芯分选 → 电池管理系统制备 → 结构部件 → 电池组装 → 电气测试

原型用于验证所提议的设计在实际产品环境中是否可行。.

重要的原型检查包括：

• 尺寸
• 重量
• 电压
• 容量
• 内部电阻
• 充电性能
• 放电性能
• 温度上升
• BMS 保护
• 交流
• 连接器兼容性
• 设备安装
• 机械稳定性

原型开发也是在投入大规模生产之前发现问题的一次机会。.

10. 进行电池组测试

电池测试应基于实际应用需求。.

电气测试

常见的检查包括：

• 开路电压
• 容量
• 内部电阻
• 充放电性能
• 连续排放
• 峰值流量
• 充电行为
• 待机电流

BMS 保护功能测试

可通过以下受控测试对保护功能进行验证：

• 超额收费
• 过度放电
• 过电流
• 短路
• 温度过高
• 低温条件
• 细胞膜电位异常

环境与机械测试

根据具体应用情况，验证可能包括：

• 高温测试
• 低温测试
• 温度循环
• 振动测试
• 机械冲击
• 跌落测试
• 渗水测试
• 防尘测试
• 长距离骑行

对于工业设备和户外机器人而言，振动和环境测试尤为重要，因为电池可能会受到反复的机械应力作用。.

11. 对最终设备上的电池进行验证

实验室测试固然重要，但无法完全取代对最终设备的测试。.

应将电池安装到目标设备中，并在具有代表性的工作条件下进行评估。.

例如，AGV的工作循环可能包括：

启动 → 加速 → 移动 → 减速 → 停止 → 转弯 → 载重 → 重新启动

这种动态载荷曲线与简单的恒流实验室测试不同。.

设备级测试可评估：

• 启动性能
• 运行时
• 峰值功率
• 电机加速度
• 温度上升
• SOC 精确度
• BMS通信
• 电量不足时的行为
• 充电行为
• 长时间运行

目的是确认电池作为整个系统的一个组成部分能否正常工作。.

12. 确认认证和市场要求

应在项目初期就考虑认证和运输要求。.

具体要求取决于电池的化学成分、应用场景、产品类别以及目标市场。.

根据项目的不同，相关标准和要求可能包括：

• UN38.3
• IEC 62133-2
• UL标准
• 与CE相关的要求
• RoHS
• PSE
• KC
• 适用的欧盟电池要求

应根据最终产品和目标市场来确定具体的认证路径。.

不应将认证视为事后才考虑的事项。.

电池、电池管理系统（BMS）、外壳、保护电路或电气架构的任何变更都可能影响认证流程。.

因此，尽早规划可以降低重新设计带来的风险。.

13. 从原型阶段过渡到试生产阶段

一旦原型机通过了工程和设备级验证，下一步就是试生产。.

试生产与生产少量工程样品是不同的。.

目的是确定该产品能否通过预定的生产工艺稳定地制造出来。.

试运行可验证：

• BOM稳定性
• 组装步骤
• 焊接参数
• BMS 编程
• 测试程序
• 生产工装
• 工作说明
• 运算符处理
• 产品一致性
• 包装
• 生产效率

这一阶段有助于解答一个重要问题：

该工程设计能否在生产规模上可靠地再现？

14. 制定生产和质量标准

在批量生产之前，应最终确定技术文件。.

一套典型的生产文档包可能包括：

• 物料清单
• 产品规格
• 细胞分化
• BMS 规格说明
• PCB修订
• 机械图纸
• 接线图
• 标准操作规程
• 质量检验标准
• 测试规范
• 包装规格
• 出厂检验标准

还应记录关键工艺参数。.

例如，焊接式电池组可能需要对焊接能量、焊接时间、焊点数量和焊缝强度进行控制。.

标准化生产参数有助于减少不同生产批次之间的差异。.

15. 大规模生产

一旦设计和试生产通过验证，该项目即可进入批量生产阶段。.

典型的电池组生产流程可能包括：

IQC → 电池分选 → 电池匹配 → 电池包组装 → 电池管理系统（BMS）安装 → 焊接 → 布线 → 结构组装 → 编程 → 电气测试 → 老化测试 → 最终检验 → 包装 → OQC → 发货

质量控制应贯穿整个过程，而不仅仅是在最终检验阶段进行。.

重要的控制点可能包括：

• 进货手机检验
• 细胞电位
• 电池容量
• 内部电阻
• 细胞匹配
• 焊接质量
• BMS 功能
• 隔热
• 电池组电压
• 容量
• 充电性能
• 保护功能
• 外观
• 标签
• 包装

16. 熟成与最终检验

电池老化测试有助于在发货前识别异常情况。.

根据产品设计的不同，老化测试过程可能监测以下方面：

• 电压稳定性
• 当前行为
• 温度
• BMS操作
• 自放电
• 充放电特性

最终检验确认，已完成的电池符合批准的规格要求。.

对于OEM客户而言，生产记录和检验数据也能为产品可追溯性和质量管理提供支持。.

17. 生产可追溯性与变更管理

长期OEM项目不仅需要稳定的生产设备。.

此外，它们还要求对产品变更进行管控。.

一个电池组可能包含数十个组件，而更换其中一个组件可能会影响整个产品。.

可能的变更包括：

• 电池单元模型
• BMS IC
• MOSFET
• 连接器
• 电线
• Fuse
• 外壳材料
• 结构部件
• 固件
• 包装

在实施这些变更之前，应通过工程变更流程对其进行评估。.

对于长期项目，可追溯性有助于制造商识别与每个电池组相关的生产批次、部件批次、测试记录及相关制造信息。.

当产品销往多个市场或用于工业应用时，这一点就显得尤为重要。.

定制电池组OEM/ODM开发流程

整个开发过程可概括为：

客户需求

↓

应用与负载分析

↓

电压和容量的计算

↓

细胞选择

↓

BMS Design

↓

机械设计

↓

电气与热设计

↓

工程原型

↓

实验室检测

↓

设备级验证

↓

认证与合规

↓

试生产

↓

生产验证

↓

批量生产

↓

质量控制与可追溯性

该流程为从最初的电池概念到可投入生产的电池组提供了一条结构化的路径。.

您应该向电池组制造商提供哪些信息？

初步规格说明越完整，工程团队就越能高效地评估该项目。.

如需咨询定制电池组，客户最好提供以下信息：

电气要求

• 额定电压
• 工作电压范围
• 容量
• 连续电流
• 峰值电流
• 峰值持续时间
• 功耗

机械要求

• 最大长度
• 最大宽度
• 最大高度
• 最大重量
• 安装方法
• 连接器位置
• 电池更换方法

环境要求

• 工作温度
• 充电温度
• 储存温度
• 湿度
• 振动
• 震惊
• 防水要求

功能需求

• BMS通信
• SOC 显示屏
• 电池指示灯
• 供暖或制冷
• 快速充电
• 热插拔
• 数据记录

商业要求

• 原型数量
• 年度目标销量
• 目标市场
• 必备证书
• 预计产品使用寿命
• 目标开发进度表

提供这些详细信息，可让OEM/ODM电池制造商从工程和制造两个角度对项目进行评估。.

如何选择定制电池组OEM/ODM制造商

价格只是决定采购哪种电池时需要考虑的因素之一。.

一个可靠的定制电池项目需要多个工程学科之间的协调配合。.

在评估电池组制造商时，请考虑该供应商是否具备以下能力：

细胞选择

制造商能否根据实际应用情况推荐电池，而不是仅仅提供标准电池？

BMS 开发

供应商能否配置或开发BMS硬件、保护参数、固件和通信功能？

机械工程

制造商能否开发定制化的电池尺寸、安装结构、连接器、外壳和防水解决方案？

原型开发

供应商能否高效地从技术规格过渡到工程样品和试生产阶段？

测试

制造商是否具备用于容量、老化、温度、振动、防水及BMS测试的适当设备？

认证支持

供应商能否协助确定并准备针对目标市场所需的合规和运输文件？

制造业

该供应商是否具备受控的生产流程、质量检验程序、电池匹配、可追溯性以及支持长期OEM项目的生产能力？

一家优秀的OEM/ODM合作伙伴应当能够参与产品的整个生命周期，而不仅仅是在设计完成后进行电池电芯的组装。.

为何OEM和ODM电池开发能降低项目风险

当客户不希望自行开发电池的每个部件时，OEM 和 ODM 合作便能发挥作用。.

在OEM模式下，客户可能已经确定了电池设计方案，并需要制造合作伙伴按照已批准的规格进行生产。.

采用ODM模式时，电池制造商可以更早地参与开发过程，包括：

要求 → 电气设计 → 电芯选型 → 电池管理系统（BMS） → 机械设计 → 原型机 → 测试 → 量产

尽早引入工程技术，有助于在产品进入量产阶段之前发现潜在问题。.

例如，制造商可能会发现，对于所选的电芯配置而言，所需的峰值电流过高；或者，拟定的电池尺寸无法为BMS留出足够的空间；又或者，所选的连接器不适合预期电流。.

在工程阶段发现这些问题，通常比在投产后进行修正要容易得多。.

定制电池组项目中的常见错误

仅根据容量选择蜂窝

容量更大的电芯并不一定意味着电池性能更好。.

放电能力、内阻、尺寸、温度特性、循环寿命和供电稳定性也都很重要。.

在了解负载之前就设计电池

电池的设计必须根据设备的实际负载曲线进行。.

如果忽略启动电流和峰值电流，可能会导致 BMS 意外触发保护或出现电压下降。.

将BMS视为标准组件

不同的应用可能需要不同的BMS功能和通信协议。.

BMS 的配置应与电芯化学特性及设备相匹配。.

忽略机械约束

一款虽然能正常工作但无法安装到设备上的电池，并不是一个完整的解决方案。.

机械设计应在开发过程的早期阶段就开始进行。.

仅测试电池

电池可能通过实验室测试，但安装到最终设备中后，其性能仍可能有所不同。.

对于动态载荷的应用而言，设备级验证至关重要。.

等到最后才考虑认证

认证和监管要求可能会影响电池架构。.

在设计定稿之前，应将这些因素考虑在内。.

关于定制电池组设计的常见问题解答

开发一款定制电池组需要多长时间？

开发时间表取决于电池化学成分、电气架构、电池管理系统（BMS）的要求、机械结构的复杂程度、原型机要求、测试、认证以及产量。.

一款相对简单的电池组，其开发进程可能比需要定制化BMS通信和大量验证的复杂工业或医疗电池更快。.

我可以指定电池单元的品牌或型号吗？

是的。客户可以指定首选的电池，但制造商应评估其电气特性、尺寸、供电稳定性、与电池管理系统（BMS）的兼容性，以及是否适用于预期应用场景。.

BMS 可以进行定制吗？

是的。BMS的功能可根据电池化学体系、电流要求、保护策略、通信接口以及设备控制器进行配置或开发。.

你能设计一下电池组外壳吗？

对于ODM项目，电池制造商可就尺寸、外壳、安装结构、连接器、密封以及内部组件布局等方面提供机械工程支持。.

能否为户外设备设计一款电池组？

是的。户外电池组的设计可以针对所需的温度范围、振动条件、防水防尘要求、机械防护以及充电环境进行优化。.

应根据实际应用情况确定合适的IP防护等级。.

能否在批量生产前提供原型样品？

典型的OEM/ODM开发流程包括工程原型制作，随后进行验证，并在必要时进行试生产，最后进入批量生产。.

OEM电池组和ODM电池组有什么区别？

OEM通常是指根据客户现有的设计或规格进行制造。.

ODM模式要求电池制造商在产品开发过程中发挥更大的作用，包括电气架构、电池管理系统（BMS）、机械设计、电芯选型、原型制作、测试以及生产工程等方面。.

结论

定制电池组的开发是一个完整的工程流程，而非简单的组装操作。.

一个成功的项目通常会经历几个相互关联的阶段：

要求 → 电气设计 → 电芯选型 → 电池管理系统（BMS） → 机械设计 → 原型机 → 测试 → 认证 → 小批量试产 → 大规模量产

每个阶段都对最终电池的安全性、性能、可靠性、可制造性以及长期稳定性起着重要作用。.

对于开发工业机器人、AGV、AMR、医疗设备、便携式设备、电动工具、电动自行车、无人机、高尔夫球车、UPS系统或储能产品的企业而言，与经验丰富的电池组OEM/ODM制造商合作，可以简化开发流程，并缩小工程设计与批量生产之间的差距。.

东莞易展电子科技有限公司为不同设备和应用需求提供定制化的锂电池组解决方案，业务范围涵盖 电芯选型、电池组设计、BMS开发、原型机制造、测试、认证支持、OEM/ODM制造及量产.

选择合适的电池规格首先要从应用场景出发。而正确的制造工艺则能将该规格转化为可重复生产的产品。.