Rafhlöðupakka samsetningarlína útskýrð: Frá flokkun til BMS

Höfundur: Dany Huang, Ph.D.

Forstjóri & R&D leiðtogi, TOB New Energy

Yfirlit og lykilatriði

Umskiptin frá því að framleiða einstakar litíum-jónafrumur yfir í að setja saman há-rafhlöðupakka er þar sem rafefnaverkfræði mætir mikilli-nákvæmni vélrænni samþættingu. Fullkomlega framleiddur 21700 klefi er ónýtur ef hann er soðinn inn í missamstæða pakka.

• „Barrel Effect“ er algjör:Heildargeta og endingartími rafhlöðupakka ráðast algjörlega af veikustu einstöku frumunni hans. Minniháttar frávik í innri viðnámi (IR) eða opnu spennu (OCV) munu valda ótímabæra afkastagetu yfir alla einingu.

• Flokkun er stofnunin:Sjálfvirk frumuflokkun er ekki valfrjáls gæðaskoðun; það er grundvallarstærðfræðileg grunnlína pakkningasamsetningar. Flokkun frumna með IR vikmörk innan ± 1 mΩ og spennu innan ± 5 mV er skylda fyrir EV og ESS forrit.

• Heiðarleiki suðu ræður öryggi:Hvort sem notast er við tvíhliða-viðnámspunktsuðu eða sjálfvirka leysisuðu, þá verður málmvinnslutengingin á milli frumuútstöðvarinnar og rásarsins að standast mikinn titring og hitauppstreymi án þess að framkalla falskar suðu.

• BMS próf staðfestir heilann:Rafhlöðustjórnunarkerfið (BMS) er það eina sem stendur á milli pakkans og hitauppstreymis. Alhliða BMS prófunarbúnaður verður að líkja eftir mikilli bilunarskilyrðum-ofhleðslu, djúphleðslu og skammhlaupi-áður en pakkningin er innsigluð.

Arkitektúr turnkey rafhlöðupakka samsetningarlínu

Margir framleiðendur líta ranglega á pakkningasamsetningu sem einfalt vélrænt ferli-sem límir frumur saman og skellir nikkelrönd ofan á. Þetta úrelta hugarfar er ástæðan fyrir því að svo mörg létt rafhjól (e-hjól) og orkugeymslukerfi (ESS) gangsetning standa frammi fyrir hörmulegum ábyrgðarkröfum á fyrsta ári eftir uppsetningu.

Nútímaleg, há-ávöxtunrafhlöðupakka færibander gagnastýrt, mjög sjálfvirkt verkflæði.- Hverja einustu frumu verður að rekja, mæla, passa, soða og sannreyna undir sameinuðu framleiðslukerfi (MES). Ef þú getur ekki rakið nákvæmlega OCV frumu #45 í 100S10P pakka aftur til upprunalegra flokkunargagna, þá ertu ekki með framleiðslulínu; þú berð ábyrgð.

Hér að neðan er endanlegt, skref-fyrir-skref verkfræðileg sundurliðun á vinnuflæði fyrir samsetningu fagmanna, sem undirstrikar mikilvæga bilunarpunkta sem flestir framleiðslustjórar missa af.

Stig 1: Gagnrýni frumuflokkunar og samsvörunar

Ef þú tekur aðeins eina verkfræðireglu frá þessari handbók, láttu hana vera þessa:Aldrei setja saman ósamþykktar frumur.

Þegar þú tengir frumur í röð (til að auka spennu) og samsíða (til að auka getu), virka þær sem ein eining. Á meðan á hleðslu stendur, ef ein fruma í röð strengs hefur marktækt hærra innra viðnám (IR) en nágrannar hennar, nær það spennumörkum hraðar. BMS mun skrá strenginn sem "fullhlaðinn" og skera hleðslustrauminn, jafnvel þó að hinar frumurnar séu aðeins með 85% afkastagetu.

Við útskrift gerist hið gagnstæða. "Veika" fruman slær fyrst á neðri spennuskerðinguna, slekkur á pakkanum á meðan hinar frumurnar halda enn orku. Þetta fyrirbæri, þekkt sem Barrel Effect, dregur verulega úr nothæfri getu pakkans og flýtir fyrir staðbundnu niðurbroti.

Sjálfvirka frumuflokkunarvélin: Fyrsta varnarlínan þín

Til að koma í veg fyrir tunnuáhrifin verður að keyra komandi sívalur (18650, 21700, 4680) eða prismatísk frumur í gegnum sjálfvirka flokkunarvél.

Nútímalegtflokkunarvélar fyrir rafhlöðurekki treysta á handvirka aflestur á margmæli. Þeir nota mjög kvarðaða AC viðnámsprófara (sem mæla venjulega við 1 kHz) og nákvæmni voltmæla til að sniðganga hverja frumu á millisekúndum.

Staðlaðar flokkunarfæribreytur fyrir-afkastamikil pakka:

• AC Innri viðnám (ACIR):Umburðarlyndi er stranglega stjórnað innan ± 1 mΩ til ± 2 mΩ.

• Open Circuit Voltage (OCV):Umburðarlyndi stjórnað innan ± 5 mV til ± 10 mV.

• Afkastageta (ef notaður er flokkaður birgðir):Passaði innan 1% fráviks.

Verkfræðiinnsýn:Ekki flokka frumur strax þegar þú færð þær frá sendingu. Lithium-jónafrumur upplifa spennuslökun og sjálf-afhleðslu meðan á flutningi stendur. Til að fá nákvæmar OCV-lestur verða frumur að vera geymdar í-hitastýrðu umhverfi (25 gráður ± 2 gráður) í að minnsta kosti 48 til 72 klukkustundir áður en þær eru keyrðar í gegnum flokkunarvélina.

Stig 2: Byggingarsamsetning og sannprófun á skautun

Þegar þú hefur fullkomlega samræmda lotu af frumum, verða þær að vera burðarvirkilega tryggðar. Titringur er óvinur soðnu samskeytisins. Ef frumurnar hreyfast sjálfstætt innan pakkans meðan á notkun stendur (svo sem í rafmagnsvespu sem ferðast um gróft landslag) munu nikkelriðlin verða fyrir málmþreytu og smella að lokum.

Hólffestingar og einangrun

Frumur eru settar inn í eld-tefjandi pólýkarbónat eða ABS plastfestingar. Þessar sviga þjóna þremur mikilvægum aðgerðum:

1. Vélrænn stífni:Þeir læsa frumunum í fast rist og flytja líkamlegt áfall frá suðupunktunum.

2. Hitabil:Þeir framfylgja lögboðnu loftbili (venjulega 1 mm til 2 mm) á milli sívölu frumanna. Þetta bil er mikilvægt fyrir hitauppstreymi; ef fruma fer inn í hitauppstreymi kemur bilið í veg fyrir tafarlausa hitaútbreiðslu til aðliggjandi frumna.

3. Rafmagns einangrun:Þeir koma í veg fyrir að ytri hlífar aðliggjandi frumna (sem bera neikvæða hleðslu í venjulegu sívalningsformi) snertist og valdi skammhlaupi ef PVC skreppa umbúðirnar eru skemmdar.

CCD skautun skoðun

Áður en pakkningin fer á suðustöðina verður hún að gangast undir sjálfvirka sjónræna skoðun. Einn klefi sem er settur á hvolf (öfug pólun) mun valda tafarlausri, skelfilegri skammhlaupi um leið og rúllustangurinn er soðinn yfir hana. Háhraða CCD myndavélar skanna fylki frumna og nota myndgreiningu til að sannreyna að jákvæðu (efri hnappur) og neikvæðu (flata) skautarnir passa nákvæmlega við fyrirhugaða röð/samhliða skýringarmynd.

Stig 3: Suðuferlið – Viðnám vs. leysir

Raftengingin á milli einstakra frumna og aðaltengi pakkans er náð í gegnum rásstangir-venjulega hreint nikkelræmur, nikkel-húðað stál eða, í há-afli, ál eða kopar samsett efni.

Aðferðin sem notuð er til að tengja þessar rúllur við klefann ræður innri viðnám tengingarinnar og vélrænni endingu pakkans.

Ör-blettsuðu (tvíhliða-)

Fyrir yfirgnæfandi meirihluta sívalur frumupakkninga (e-hjól, rafmagnsverkfæri, staðlaðar ESS-einingar) er tvíhliða sjálfvirk viðnámsblettsuðu iðnaðarstaðallinn.

Thesjálfvirk punktsuðuvélnotar-hátíðni inverter DC aflgjafa eða transistorized aflgjafa. Það beitir staðbundnum þrýstingi í gegnum tvo kopar-sálsuðupinna og gefur frá sér mikinn straumpúls í brot úr sekúndu (venjulega 5 til 15 millisekúndur). Rafmagnsviðnámið á viðmótinu milli nikkelröndarinnar og stálfrumuhlífarinnar myndar mikinn staðbundinn hita og bræðir málma tvo saman til að mynda "klump."

Forðastu „falskar suðu“ (gervi-suðu):

Falssuðu lítur út fyrir að vera ásættanleg útlit en skortir málmvinnslu. Ef þú hnýtir nikkelröndina af góðri suðu ætti hún að rífa gat á ræmuna, þannig að suðuklumpurinn festist við frumuna (vel heppnuð eyðileggjandi togpróf). Falssuðu mun spretta hreint af.

Til að koma í veg fyrir þetta verða framleiðsluverkfræðingar stöðugt að fylgjast með:

• Slit rafskautspinna:Ábendingar verða að skrá og klæða reglulega. Sljór eða oxaðir pinnar dreifa straumnum yfir of breitt svæði, sem minnkar skarpskyggni.

• Pneumatic þrýstingur:Ef þrýstingur suðuhaussins er of léttur er snertiviðnámið of hátt, sem veldur yfirborðsneistum og bruna. Ef þrýstingurinn er of mikill fer straumurinn algjörlega framhjá viðmótinu.

Lasersuðu fyrir háa-kraftpakka

Þegar við förum í átt að-prismatískum frumum með mikilli afkastagetu og stórum EV-arkitektúr, á hefðbundin punktsuðu í erfiðleikum með að komast í gegnum þykka kopar- eða álstrauma. Hér tekur trefjalasersuða við. Lasersuðu býður upp á samfellda, litla-viðnám saumsuðu með mjög stýrðu hitaáhrifasvæði (HAZ). Hins vegar krefst það stærðargráðu meiri fjármagnsfjárfestingu og afar strangt eftirlit með andrúmslofti til að koma í veg fyrir plasmahlíf og suðugljúp.

Stig 4: BMS samþætting - Heilinn í aðgerðinni

Rafhlöðupakkinn er nú burðarvirki og rafmagnslega sameinaður, en hann er „heimskur“. Án rafhlöðustjórnunarkerfis (BMS) er litíum-jónaefnafræðin í eðli sínu óstöðug og hættuleg.

BMS er flókið prentað hringrás (PCB) sem fylgist með ástandi allra samhliða hópa í pakkanum. Raflagnir verða að vera vandlega leiddir og lóðaðir (eða ultrasound soðið) frá BMS að jákvæðu tenginu á hverri einustu raðtengingu.

Kjarna BMS aðgerðir:

1. Ofhleðsluvörn:Aftengdar hringrásina ef einhver frumustrengur fer yfir hámarksöryggisspennu (td 4,25V fyrir NMC, 3,65V fyrir LFP).

2. Yfir-úthleðsluvörn:Dregur úr afl ef einhver strengur fer niður fyrir lágmarksöryggisspennu, kemur í veg fyrir óafturkræfa koparupplausn á rafskautinu.

3. Yfirstraums- / skammhlaupsvörn:Notar MOSFET eða tengiliði til að rjúfa tenginguna samstundis ef útblástursstraumurinn fer yfir hönnunarmörkin.

4. Vöktun hitastigs:Notar NTC hitara sem grafnir eru í frumufylki til að fylgjast með hita. Ef hitastig fer yfir örugga notkunarmörk (venjulega 65 gráður) lokar BMS pakkanum niður.

5. Óvirk/virk jafnvægi:Losar umframorku frá hæstu-spennufrumum í lok hleðslulotunnar í gegnum framhjáviðnám, sem gerir lægri-spennufrumum kleift að „ná eftir“. Svona berst BMS við Barrel Effect yfir líftíma pakkans.

Stig 5: Alhliða BMS og pakkaprófun

Þú getur ekki gert ráð fyrir að BMS hafi verið rétt tengt eða að fastbúnaður þess virki rétt. Gallað BMS gerir pakka kleift að hlaða beint inn í hitauppstreymi.

Áður en endanleg umbúðir eru settar verður allt samsetningin að vera tengd við iðnaðarBMS prófunarbúnaðurog enda-af-línu (EOL) pakkaprófara.

BMS prófunarbókunin

BMS prófunartækið líkir eftir hegðun rafhlöðufrumna til að sannreyna að verndarrökfræðin á borðinu kvikni á nákvæmlega þeirri míkrósekúndu sem hún á að gera.

• Spennuhermi:Prófunartækið dælir háspennumerki (td 4,3V) inn í einn af skynjunarvírunum. Búnaðurinn sannreynir að MOSFETs BMS kveiki strax á yfirhleðsluskerðingu-.

• Núverandi innspýting:Prófunartækið keyrir stóran, tafarlausan straumpúls í gegnum aðalhleðsluna til að sannreyna stutta-viðbragðstíma verndar (sem verður að bregðast á míkrósekúndum).

• Staðfesting jafnvægis:Prófunartækið fylgist með jafnvægisrásunum til að tryggja að blæðingarviðnámið virki þegar hermt spennudelta er sett yfir strengina.

Lokapróf á EOL pakka

Þegar BMS hefur verið staðfest er fullbúinn pakki keyrður í gegnum end-of-línuprófara. Þessi vél framkvæmir loka, heildræna athugun:

• Heildarpakki AC innri viðnám.

• Heildarspenna á opnum hringrásum.

• Prófun á háum-potti (rafmagnsþol): Háspennu er beitt á milli spennustrauma og ytra hlíf pakkans til að tryggja að engar einangrunarbilanir eða lekastraumar séu.

• Stutt, há-straumhleðslu/hleðslulotu til að sannreyna heildaraflgjafagetu.

Endanleg hjúpun og öldrun

Aðeins eftir að hafa staðist öll EOL próf er pakkningin loksins innsigluð. Fyrir venjulegar pakkningar felur þetta í sér að pakka samsetningunni inn í epoxý trefjaglerplötur og draga saman þunga- PVC-hylki utan um hana. Fyrir ESS og EV forrit er pakkningin lækkuð í IP67-flokkað ál eða stál girðingu, pottað með hitaleiðandi burðarlím og boltað lokað.

Loks fara fullbúnu pakkarnir í öldrunarferli (venjulega 7 til 14 dagar) í hita-vöktuðu vöruhúsi. Þetta gerir innri efnafræði pakkningarinnar kleift að koma á stöðugleika og afhjúpar allar seinkaðar ör-slóðir eða gallaðar suðu áður en varan er send til endanotandans.

Verkfræði næsta pakkalína þín?

Uppruni sjálfstæðra véla frá mismunandi söluaðilum leiðir til martraða hugbúnaðarsamþættingar og misjafnra lotutíma. TOB New Energy verkfræðingar fullkomlega samþættir, turnkey rafhlöðupakka samsetningarlínur. Allt frá sjálfvirkri frumuflokkun og CCD-skoðun til tvíhliða-servosuðu og endanlegrar EOL-prófunar, búnaður okkar hefur óaðfinnanlega samskipti undir sameinuðu MES. Gefðu okkur markpakkann þína og daglegar framleiðslukröfur, og verkfræðiteymi okkar mun skila alhliða verksmiðjuteikningu.