ESS rafhlöðuframleiðslulínur: Há-hraðasamsetning fyrir prismatískt ál-skeljafrumur

Höfundur: Dany Huang, Ph.D.

Forstjóri & R&D leiðtogi, TOB New Energy

Tengstu við Dr. Huang á LinkedIn

Yfirlit og lykilatriði

ESS bóman keyrir á stórum prismatískum LFP frumum-280Ah og 300Ah sniðum sem vega 5,4–6,0 kg hvor og verða að halda loftþéttu innsigli í 15–20 ár. Háhraðasamsetning er umburðarlyndi: getur innskotslausn, innsigling loksuðus og PPM/ávöxtunarjafnvægi ákveðið hvort lína græðir peninga eða myndar rusl.

• Dósainnskotsbil: 0,3–0,8 mm samtals, með hornskekkju haldið undir 0,2 gráðum. Við 200 mm ísetningardýpt jafngildir hálf gráðu halla 1,7 mm af offsetu-nógu til að brjóta skiljubrún og planta sjálf-úthleðslugalla.
• Topplok leysisuðu: 0,76 m jaðarsuðu á hverja 280Ah klefa við 80–250 mm/s, 0,5–1,2 mm gegnumbrot, með helíumlekahraða á bilinu 10⁻⁷ Pa·m³/s eða þéttari.
• PPM og afrakstur: hálf-sjálfvirkar línur keyra 2–5 hluta á mínútu við 92–95% fyrstu-afköst; fullkomlega sjálfvirkar línur keyra 10–15 PPM á 97,5–99%.
• Afrakstursbilið er raunveruleg arðsemi: fjögur prósentustig yfir 10.000 frumur á dag jafngilda um það bil 4 milljónum USD á ári í vistað efni á ESS frumukostnaði.

280Ah LFP klefi er 5,5 kg þrýstihylki sem þarf að lifa af tveggja áratuga hitauppstreymi inni í íláti. Það er líka vara-geymsla sem kaupendur kaupa á verði á kWst, og klefan stendur fyrir mestum kostnaði. Samsetningarlínur eru því kreistar úr báðum endum: hærra PPM til að afskrifa fjármagn, hert umburðarlyndi til að vernda ávöxtun. Handvirkar og hálf-sjálfvirkar línur geta ekki skilað hvoru tveggja. Það er rekstrarveruleikinn á bak við hverja ákvörðun um stækkun ESS verksmiðju.

Við 280Ah jafngildir ein fruma 0,896 kWh. 3 GWh verksmiðja þarf um 3,3 milljónir frumna á ári. Keyrir 300 daga með 85% línuframboði, sem er um það bil 9–10 hlutar á mínútu. Línuhraði er ekki val. Það er reikningur.

Hvers vegna 280Ah og 300Ah frumur brjóta hefðbundna línuhönnun

Litlar sívalar frumur þola meðhöndlun misnotkunar. Stáldósin er stíf, massinn er lítill og rúmfræði stöðvarinnar fyrirgefur millimetra misskipting. Stórar prismatískar frumur gera það ekki.

• Massi og tregða.5,5 kg klefi sem hreyfist á hraða á færibandi ber raunverulegan skriðþunga. Hvert stopp flytur hreyfiorku inn í frumuna og inn í festinguna. Griparar þurfa kraftstýringu og mjúka snertipúða til að forðast dósabeyglur og álag á suðusaumum.
• Fótspor og suðulengd.Venjulegur 280Ah klefi mælist um það bil 174 × 207 × 72 mm, sem gefur ummál loksins um það bil 760 mm af samfelldri suðu á hverja klefa. Sú suðu er eina hindrunin á milli raflausnarinnar og tuttugu ára raka í umhverfinu.
• Djúp innsetning.300Ah fjölskyldan teygir dósina hærra. 200 mm innsetningardýpt eykur hornvillu eftir lengdinni -rúmfræðin refsar litlum halla.
• Eignagalla á líftíma.ESS frumur eru flokkaðar í 6.000–8.000 lotur. Skiljubrot eða suðu að hluta fellur ekki á rafmagnsprófinu. Það bilar á ári þrjú, inni í gámi sem rekstraraðili þarf að opna og endurvinna.

Háhraðasamsetningarlínur fyrir þennan klefaflokk eru ekki sívalningslaga línur. Þeir eru þeirra eigin verkfræðigrein og stöðvarnar tvær sem skilgreina það eru dósainnsetning og topplokasuðu.

Dósainnsetning: Fyrsta þolgildran

Rafskautssamstæðan-staflað eða vafið rafskaut með flipum sem þegar eru soðnir við lokin-er niður í áldósina. Passunin er vísvitandi og þétt: heildarbil milli rafskautssamstæðunnar og dósaveggsins er 0,3–0,8 mm, sem er 0,15–0,4 mm geislamyndað bil á hlið.

Það bil gefur ekkert pláss fyrir slaka leiðsögn, svo sjálfvirkar stöðvar nota þrjú verndarlög:

• Afskornar stýriplötur og stýrifilma.PET- eða Mylar-hylki dregur samsetninguna inn í dósarmunninn og tekur fyrstu snertingu þannig að skiljubrúnin geri það ekki. Filman er notuð í hverri frumu eða í hverja lotu og er stjórnað neysluvara, ekki þægindi.
• Vöktun afl-tilfærslu undirskriftar.Innsetningarservóið skráir kraftferilinn á móti höggi. Stöðug hækkun innan væntanlegs umslags er góð innsetning. Kraftur, háslétta eða skyndilegt fall þýðir fastur brún, samanbrotin skilrúm eða misjafn flipi. Gaddagreining á þröngu frávikssviði grípur þessa galla á stöðinni, ekki við enda línunnar.
• Hornastillingarstýring.Samsetningarásinn verður að vera innan við 0,2 gráður frá dósaásnum. Yfir 200 mm ferð, 0,5 gráðu halli framkallar 1,7 mm hliðarfærslu neðst á dósinni -meira en fjórfalt geislabil. Afleiðingin er mulin skiljubrún sem engin rafmagnspróf mun flagga.

Þrjú hundruð amperstunda snið bæta við öðru atriði: hærri dósin hækkar kröfuna um þjöppun stafla á festingunni og leiðarfilmuslóðin lengist. Bæði hægja á stöðinni ef hannað er fyrir minni 280Ah rúmfræði. Fullsjálfvirk prismatísk frumusamsetningarlína fyrir 280Ah og 300Ah ESS frumur er tilgreind fyrir hvert snið af nákvæmlega þessari ástæðu-dósarhæð, innsetningarslag og leiðarrúmfræði eru sniðssértæk, ekki alhliða.

Top Cap Laser Welding: Þar sem hermeticity er ákveðið

Lokið er komið fyrir á dósinni, síðan sameinað með samfelldri leysisuðu um allan jaðarinn. Fyrir 280Ah frumu sem er u.þ.b. 760 mm af suðu, framkvæmd við 80–250 mm/s með trefjaleysi við 1–3 kW. Skarpmarkið er 0,5–1,2 mm-nóg til að festa hettuna og getur veggið án þess að brenna í gegnum rafskautsstaflann.

Þrjár ferlibreytur stjórna gæðum:

Suðuhamur og punktsveifla. Ál endurkastar nær-innrauðu ljósi með litlum styrkleika, en skráargat myndast þegar aflþéttleiki fer yfir þröskuldinn. Geislavaggur-hringssveifla blettsins við 100–300 Hz-stillir skráargatið stöðugt, víkkar samrunasvæðið og bælir grop og heita sprungu. Án sveiflu eru suðugæði á áli myntsnúningur yfir langan sauma.

Hlífðargas. Argon við 15–25 l/mín., afhent með slóðstút við 30–45 gráður. Bilun í gasþekju kemur fram sem dökkar, oxaðar suðuperlur og grop. Helíumblöndur eru notaðar þar sem suðuhraði ýtir við mörkum argonþekju.

Reglu- og skvettastjórnun. Uppgufað ál og öll yfirborðsmengun þéttast aftur sem fínar agnir. Þverþota og koaxial útdráttur halda skvettum frá yfirborði loksins og ljósleiðara. Ein leiðandi ögn sem lendir á röngu yfirborði verður að innri stuttu síðar. Útdráttarkerfið er hluti af forskrift suðustöðvar, ekki aukabúnaður.

Innbyggð eftirlit lokar lykkjunni. Athugun á samása ferli skráir varmaútblástursmerki hverrar suðu; frávik frá viðmiðunarumslaginu merkir reitinn áður en hann fer áfram. Lekaprófunarstöðin sannreynir síðan niðurstöðuna. Sérhver soðin klefi stenst helíumlekaprófun við forskrift af stærðargráðunni 10⁻⁷ Pa·m³/s eða þéttari, með því að notahelíum leka prófunarbúnaðurfyrir sannprófun á prismatískri frumuþéttingu sem er samþætt í sömu flutningslínu.

Tölurnar: Hálf-sjálfvirkar vs. sjálfvirkar línur

PPM og afraksturssamanburðurinn hér að neðan endurspeglar 280Ah prismatíska samsetningu á fullu línuumfangi-frá inntöku rafskautssamsetningar í gegnum lokun, fyllingu og lokaþrif. Gildi eru dæmigerð svið; hver birgir og snið færir tölurnar.

Hagfræðin býr í tveimur síðustu röðunum. Munurinn á 95% og 99% ávöxtun er 400 frumur á 10.000 - um 14.000 USD í efni á 35 USD á hverja frumu. Lína sem framleiðir 10.000 frumur á dag tapar 14.000 USD til viðbótar á dag við lægri ávöxtun. Á 300 framleiðsludögum er það um það bil 4,2 milljónir Bandaríkjadala á ári. Berðu það saman við vinnutímann: Með því að skipta um 20 rekstraraðila fyrir 40.000 USD hlaðinn kostnað sparast 800.000 USD á ári. Efnisbrot dvergar launaskrá í ESS-framleiðslu. Ávöxtun er arðsemi.

Afrakstur efnasambanda er einnig mismunandi á ESS mælikvarða. 280Ah klefi inniheldur um 0,9 kWh. 1% ávöxtunartap á 3 GWh línu losar frumuefni sem er meira virði en árlegt viðhaldsáætlun alls samsetningarsvæðisins.

Þar sem sjálfvirkni borgar sig, stöð fyrir stöð

Full sjálfvirkni þýðir ekki línu þar sem vélmenni eru fest á handvirkt ferli. Það þýðir að hver stöð er í samræmi við lotutíma og hver flutningur er vélvæddur.

• Vélfærastjórnun með kraftstýringu.Servo gripar lyfta 5,5 kg frumum við dósarhlutann með forritanlegum klemmukrafti og lofttæmandi endaáhrif færa rafskautssamstæður án þess að snerta skiljubrúnina.
• Verðtryggð eða brettaflutningur.Föst sniðskráning fyrir eitt frosið snið; sjálfstæð bretti þar sem stöðvar keyra á mismunandi lotutíma. Bæði koma í veg fyrir göngu, biðröð og handvirka sviðsetningu sem krefst mestrar hálfsjálfvirkrar vinnu.
• Stuðlarar milli stöðva.Lítil rafgeymir gleypa örstopp þannig að 5 sekúndna hiksti á suðustöðinni stöðvar ekki alla línuna.
• Innbyggð skoðun eftir hvert mikilvæg skref.Vöktun á loksuðu, helíumlekaprófun og sjónræn athugun á fyllingaropinu. Göllum er hafnað á stöðinni sem gerði þá, ekki uppgötvað við lokaprófun.
• Rekjanleiki á frumustigi.Suðufæribreytur sérhverrar frumu, innsetningarkraftsferill og lekahraði eru skráðar á strikamerki hennar. Þegar gámur kemur aftur árið fjögur er framleiðslumetið til.

Þessi stöð-fyrir-stöð samþætting er það sem turnkey veitandi afhendir sem eitt umfang: trefjarleysisuðu sjálfvirkni fyrir prismatísk frumulokun á topploki sem er hönnuð samhliða innsetningar-, flutnings- og skoðunarstöðvum frekar en að fá sérstaklega og tengt á staðnum.

Algengar spurningar: ESS Prismatic Cell Assembly

Á hvaða PPM ætti 280Ah frumusamsetningarlína að keyra?
10–15 hlutar á mínútu fyrir fullkomlega sjálfvirka línu, með háhraðastillingar sem ná 20 PPM. Hálfsjálfvirkar línur keyra venjulega 2–5 PPM. Nauðsynlegt PPM leiðir beint af GWh markmiðinu: 1 GWh við 280Ah jafngildir um 1,1 milljón frumum á ári.

Hvaða afrakstur má búast við af sjálfvirku ESS færibandi?
97,5–99% afrakstur fyrstu umferðar er hægt að ná á stýrðri sjálfvirkri línu, á móti 92–95% á hálfsjálfvirkum búnaði. Mismunur á efniskostnaði á stórum línum hleypur á milljónum USD á ári.

Hvert er erfiðasta ferliþrepið í 280Ah prismatískri samsetningu?
Topplok leysisuðu er venjulega bæði gæði og afköst flöskuháls. Framkvæma verður 760 mm samfellda suðu við 0,5–1,2 mm gegnumbrot á nokkrum sekúndum með núllglöpum og stöðvarlotan lokar venjulega línu PPM.

Hvernig er þéttleiki frumna sannreyndur?
Helium lekaprófun við forskrift af stærðargráðunni 10⁻⁷ Pa·m³/s eða þéttari, framkvæmd í línu eftir loksuðu. Röntgen- eða tölvusneiðmyndataka er notuð til að kanna suðugengni í lotu.

Er hægt að uppfæra fyrirliggjandi hálf-sjálfvirka línu í hærra PPM?
Að hluta. Með því að bæta suðustöðinni, lekaprófun og rekjanleika við handvirka línu hækkar afraksturinn, en PPM er takmarkað við handvirkan flutning. Yfir u.þ.b. 5 PPM, ný lína byggð í kringum sjálfvirka ísetningu og suðu er ódýrari leiðin.

Tæknileg tilvísun unnin af TOB New Energy vinnsluverkfræðihópnum frá uppsetningu prismatískra frumusamsetningar fyrir ESS frumusnið. Fyrir hringrásartíma og afraksturslíkan á tilteknu 280Ah eða 300Ah framleiðslumarkmiðinu þínu skaltu tengjast Dr. Dany Huang á LinkedIn eða senda frumuforskriftina til Xiamen verkfræðiborðsins.