ЕСС производне линије батерија: брза-монтажа за призматичне алуминијумске-ћелије са омотачем

Аутор: Дани Хуанг, Пх.Д.

Извршни директор и руководилац истраживања и развоја, ТОБ Нев Енерги

Повежите се са др Хуангом на ЛинкедИн-у

Резиме и кључне речи

ЕСС грана ради на великим призматичним ЛФП ћелијама-280Ах и 300Ах форматима које теже 5,4–6,0 кг свака и морају да држе херметички печат 15–20 година. Брза монтажа је дисциплина толеранције: могу ли зазор уметања, продор капице заваривања и равнотежа ППМ/приноса да одлуче да ли линија доноси новац или производи отпад.

• Зазор за уметање лименке: укупно 0,3–0,8 мм, са угаоним померањем испод 0,2 степена. На дубини уметања од 200 мм, пола степена нагиба је једнако 1,7 мм помака-довољно да се ивица сепаратора савије и постави дефект самопражњења-.
• Ласерско заваривање са горњим поклопцем: 0,76 м периметарски завар по ћелији од 280 Ах при 80–250 мм/с, пенетрација 0,5–1,2 мм, са стопом цурења хелијума реда величине 10⁻⁷ Па·м³/с или мање.
• ППМ и принос: полу-аутоматске линије раде 2–5 делова у минути при 92–95% приноса првог-проласка; потпуно аутоматизоване линије раде 10–15 ППМ на 97,5–99%.
• Разлика у приносу је стварни РОИ: четири процентна поена на 10.000 ћелија дневно једнака су отприлике 4 милиона УСД годишње у уштеђеном материјалу по трошковима ЕСС ћелија.

ЛФП ћелија од 280 Ах је посуда под притиском од 5,5 кг која мора да преживи две деценије термичког циклуса унутар контејнера. То је такође роба-складишта која купци купују по цени по кВх, а већина трошкова покрива ћелије. Монтажне линије су стога стиснуте са оба краја: већи ППМ за амортизацију капитала, строжа толеранција за заштиту приноса. Ручне и полуаутоматске линије не могу да испоруче обоје. То је оперативна реалност иза сваке одлуке о проширењу фабрике ЕСС.

На 280 Ах, једна ћелија је једнака 0,896 кВх. Постројењу од 3 ГВх потребно је око 3,3 милиона ћелија годишње. Ради 300 дана уз 85% доступности линије, што је отприлике 9–10 делова у минути. Брзина линије није приоритет. То је аритметика.

Зашто ћелије од 280 Ах и 300 Ах разбијају конвенционални дизајн линија

Мале цилиндричне ћелије толеришу злоупотребу руковања. Челична лименка је крута, маса је мала, а геометрија терминала опрашта милиметар неусклађености. Велике призматичне ћелије немају.

• Маса и инерција.Ћелија од 5,5 кг која се креће брзином на транспортеру носи стварни замах. Свако заустављање преноси кинетичку енергију у ћелију и у уређај. Хватачима је потребна контрола силе и мекани контактни јастучићи да би се избегла удубљења лименки и напрезање шавова.
• Отисак и дужина завара.Стандардна ћелија од 280 Ах мери отприлике 174 × 207 × 72 мм, што даје периметар поклопца од око 760 мм непрекидног завара по ћелији. Тај завар је једина баријера између електролита и двадесетогодишње влажности околине.
• Дубоко уметање.Породица од 300 Ах развлачи конзерву више. Дубина уметања од 200 мм повећава угаону грешку дуж своје дужине-геометрија кажњава мале нагибе.
• Дефекти животног века имовине.ЕСС ћелије се оцењују за 6.000–8.000 циклуса. Преклоп сепаратора или делимично фузионисани завар не пада на електрични тест. Пропада у трећој години, унутар контејнера који оператер мора да отвори и преради.

Линије за монтажу велике брзине за ову класу ћелија нису увећане цилиндричне линије. Они су сопствена инжењерска дисциплина, а две станице које је дефинишу су уметање лименки и заваривање горњег поклопца.

Уметање лименке: прва замка толеранције

Склоп електроде{0}}наслагане или намотане електроде са језичцима који су већ заварени на терминале поклопца-спушта се у алуминијумску лименку. Налегање је намерно и чврсто: укупан размак између склопа електроде и зида лименке износи 0,3–0,8 мм, што је 0,15–0,4 мм радијалног зазора по страни.

Тај јаз не оставља простора за траљаво навођење, тако да аутоматизоване станице користе три слоја заштите:

• Закошене водеће плоче и филм за вођење.ПЕТ или Милар навлака усмерава склоп у отвор конзерве, узимајући први контакт тако да ивица сепаратора не дође. Филм се троши по ћелији или по серији и представља контролисани потрошни материјал, а не погодност.
• Праћење потписа силе–померања.Серво за уметање бележи криву силе у односу на ход. Сталан пораст унутар очекиване коверте је добро уметање. Нагли пораст силе, плато или изненадни пад значи заглављену ивицу, пресавијени сепаратор или неусклађен језичак. Детекција шиљака на уском опсегу одступања хвата ове дефекте на станици, а не на крају линије.
• Контрола угаоног поравнања.Оса монтаже мора остати унутар 0,2 степена од осе конзерве. Преко 200 мм хода, 0,5 степена нагиба производи 1,7 мм бочног помака на дну лименке-више од четири пута већег радијалног зазора. Последица је згњечена ивица сепаратора коју ниједан електрични тест неће означити.

Формати од три стотине ампер-часова додају још једну пажњу: виша лименка подиже захтев за компресију стека на учвршћењу, а путања филма водилице се продужава. Обе успоравају станицу ако су дизајниране за мању геометрију од 280 Ах. Потпуно аутоматизована линија за склапање призматичних ћелија за ЕСС ћелије од 280 Ах и 300 Ах је специфицирана по формату управо из тог разлога-што могу да висина, ход уметања и геометрија вођице буду специфични за формат, а не универзални.

Ласерско заваривање горњег поклопца: где се одлучује о херметичности

Поклопац је постављен на конзерву, а затим спојен континуираним ласерским заваром око целог периметра. За ћелију од 280 Ах која је отприлике 760 мм завареног споја, изведена брзином од 80–250 мм/с са фибер ласером од 1–3 кВ. Циљ пенетрације је 0,5–1,2 мм-довољан за поклопац осигурача и може да се угради без прогоревања у сноп електрода.

Три варијабле процеса одређују квалитет:

Начин заваривања и тачкасте осцилације. Алуминијум рефлектује скоро инфрацрвену светлост ниског интензитета, али се формира кључаоница када густина снаге пређе праг. Љуљање зрака-кружно осциловање тачке на 100–300 Хз-стабилизује кључаоницу, проширује зону фузије и потискује порозност и вруће пуцање. Без колебања, квалитет завара на алуминијуму је превртање новчића преко дугачког шава.

Заштитни гас. Аргон при 15–25 Л/мин, испоручен пратећом млазницом на 30–45 степени. Недостаци покривености гасом се показују као тамне, оксидисане перле завара и порозност. Мешавине хелијума се користе тамо где брзина заваривања помера границе покривености аргоном.

Управљање димом и прскањем. Испарени алуминијум и било каква површинска контаминација поново се кондензују као фине честице. Унакрсна и коаксијална екстракција спречавају прскање са површине поклопца и оптике. Једна проводљива честица која падне на погрешну површину касније постаје унутрашњи кратки спој. Систем извлачења је део спецификације станице за заваривање, а не додатак.

Инлине праћење затвара петљу. Коаксијално посматрање процеса бележи потпис топлотне емисије сваког завара; одступање од референтног омотача означава ћелију пре него што напредује. Станица за испитивање цурења затим проверава резултат. Свака заварена ћелија пролази проверу цурења хелијума по спецификацији од 10⁻⁷ Па·м³/с или више, користећиопрема за испитивање цурења хелијумаза верификацију заптивача призматичне ћелије интегрисане у исту линију преноса.

Бројеви: Полу{0}}аутоматске у односу на потпуно аутоматизоване линије

Поређење ППМ и приноса у наставку одражава 280 Ах призматичног склопа у пуном опсегу линије-од ​​довода склопа електроде до заптивања, пуњења и завршног чишћења. Вредности су типични распони; сваки добављач и формат померају бројеве.

Економија живи у последња два реда. Разлика између приноса од 95% и 99% је 400 ћелија на 10.000 - око 14.000 УСД материјала по 35 УСД по ћелији. Линија која производи 10.000 ћелија дневно губи додатних 14.000 УСД дневно уз нижи принос. За 300 производних дана, то је отприлике 4,2 милиона долара годишње. Упоредите то са термином рада: замена 20 оператера по трошку од 40.000 УСД штеди 800.000 УСД годишње. Отпад материјала патуљци платни списак у ЕСС производњи. Принос је РОИ.

Принос се такође различито комбинује на ЕСС скали. Ћелија од 280 Ах садржи око 0,9 кВх. Губитак приноса од 1% на линији од 3 ГВх одбацује ћелијски материјал који вреди више од годишњег буџета за одржавање целе монтажне области.

Где се аутоматизација заправо исплати, станица по станица

Потпуна аутоматизација не значи линију са роботима причвршћеним на ручни процес. То значи да је свака станица усклађена са временом циклуса и сваки трансфер је механизован.

• Роботско руковање са контролом силе.Серво хватаљке подижу ћелије од 5,5 кг уз тело конзерве помоћу програмабилне силе стезања, а вакуумски крајњи ефектори померају склопове електрода без додиривања ивице сепаратора.
• Индексирани или пренос палета.Индексирање фиксног тона за један замрзнути формат; независне палете где станице раде у различитим периодима циклуса. И једно и друго елиминише ходање, чекање у чекању и ручно подешавање које троше већину полуаутоматског рада.
• Бафери између станица.Мали акумулатори апсорбују микро-зауставе тако да штуцање од 5 секунди на месту заваривања не заустави целу линију.
• Инлине инспекција након сваког критичног корака.Надзор заваривања поклопца, испитивање цурења хелијума и визуелна провера отвора за пуњење. Дефекти се одбијају на станици која их је направила, а не откривају се при тестирању на крају линије.
• Следљивост на нивоу ћелије.Параметри заваривања сваке ћелије, крива силе уметања и стопа цурења се евидентирају у односу на њен бар код. Када се контејнер врати у четвртој години, производни рекорд постоји.

Ова интеграција од станице до станице је оно што провајдер „кључ у руке“ испоручује као један опсег: влакнааутоматизација ласерског заваривања за призматичну ћелијузаптивање горњег поклопца пројектовано заједно са станицама за уметање, трансфер и инспекцију, а не набављано одвојено и повезано на лицу места.

ФАК: ЕСС призматична ћелија склоп

На ком ППМ-у треба да ради линија за монтажу ћелија од 280 Ах?
10–15 делова у минути за потпуно аутоматизовану линију, са конфигурацијама велике брзине које достижу 20 ППМ. Полуаутоматске линије обично раде 2–5 ППМ. Потребан ППМ директно следи из циљног ГВх: 1 ГВх на 280 Ах једнак је око 1,1 милиона ћелија годишње.

Какав принос се може очекивати од аутоматизоване ЕСС монтажне линије?
97,5–99% приноса при првом пролазу се постиже на контролисаној аутоматизованој линији, у односу на 92–95% на полуаутоматској опреми. Разлика у трошковима материјала на линији великог обима износи милионе УСД годишње.

Који је најтежи корак процеса у 280Ах призматичној монтажи?
Ласерско заваривање са горњим поклопцем је обично уско грло и квалитета и пропусности. Континуални завар од 760 мм са пенетрацијом од 0,5–1,2 мм мора да се изведе за неколико секунди са нултом порозношћу, а циклус станице обично затвара линијски ППМ.

Како се проверава херметичност ћелије?
Испитивање цурења хелијума по спецификацији од 10⁻⁷ Па·м³/с или више, изведено у линији након заваривања поклопца. Рендген или ЦТ узорковање се користи за ревизију продора завара на бази серије.

Може ли се постојећа полу{0}}аутоматска линија надоградити на виши ППМ?
Делимично. Додавање станице за заваривање, теста цурења и следљивости на ручну линију повећава принос, али ППМ остаје ограничен ручним преносом. Изнад отприлике 5 ППМ, нова линија изграђена око аутоматског уметања и заваривања је пут са нижим трошковима.

Техничку референцу саставила је група за процесно инжењерство ТОБ Нев Енерги на основу примене призматских ћелија на монтажној линији за ЕСС формате ћелија. За модел времена циклуса и приноса на вашем специфичном производном циљу од 280Ах или 300Ах, повежите се са др Дани Хуангом на ЛинкедИн-у или пошаљите спецификацију ћелије техничком одељењу у Ксиамену.