ESS baterijų gamybos linijos: spartus{0}}prizminių aliuminio{1}}apvalkalų surinkimas

Autorius: Dany Huang, Ph.D.

„TOB New Energy“ generalinis direktorius ir tyrimų ir plėtros vadovas

Susisiekite su Dr. Huang „LinkedIn“.

Santrauka ir pagrindiniai dalykai

ESS strėlė veikia naudojant didelius prizminius LFP -280 Ah ir 300 Ah formatus, kurių kiekvienas sveria 5,4–6,0 kg ir turi išlaikyti hermetišką sandarumą 15–20 metų. Didelės spartos surinkimas yra tolerancijos disciplina: ar įterpimo tarpas, gaubtelio suvirinimo įsiskverbimas ir PPM / išeigos balansas gali nuspręsti, ar linija uždirba pinigus, ar atlieka laužą.

• Skardinės įdėjimo prošvaisa: bendras 0,3–0,8 mm, o kampinis poslinkis yra mažesnis nei 0,2 laipsnio. Esant 200 mm įterpimo gyliui, pusė pakreipimo laipsnio prilygsta 1,7 mm poslinkiui,{6}}pakankamai atlenkti separatoriaus kraštą ir nustatyti savaiminio iškrovimo defektą.
• Viršutinis suvirinimas lazeriu: 0,76 m perimetro siūlė 280 Ah elementui esant 80–250 mm/s greičiui, 0,5–1,2 mm įsiskverbimo greičiui, kai helio nuotėkio greitis yra maždaug 10⁻⁷ Pa·m³/s arba didesnis.
• PPM ir našumas: pusiau{0}}automatinės linijos veikia 2–5 dalimis per minutę esant 92–95 % pirmajam-praėjimui; visiškai automatizuotos linijos veikia 10–15 PPM 97,5–99 % greičiu.
• Derliaus skirtumas yra tikroji IG: keturi procentiniai punktai per 10 000 elementų per dieną prilygsta maždaug 4 mln. USD per metus sutaupytos medžiagos ESS elementų sąnaudomis.

280 Ah LFP elementas yra 5,5 kg sveriantis slėginis indas, kuris turi išgyventi du dešimtmečius terminio ciklo konteineryje. Tai taip pat yra prekė-, kurią pirkėjai perka už kWh kainą, o elementas sudaro didžiąją dalį sąnaudų. Todėl surinkimo linijos yra išspaustos iš abiejų galų: didesnis PPM, siekiant amortizuoti kapitalą, griežtesnė tolerancija siekiant apsaugoti derlių. Neautomatinės ir pusiau{6}}automatinės linijos negali pateikti abiejų. Tokia yra kiekvieno ESS gamyklos plėtros sprendimo veikimo realybė.

Esant 280 Ah, vienas elementas lygus 0,896 kWh. 3 GWh jėgainei per metus reikia apie 3,3 mln. Veikia 300 dienų, kai pasiekiama 85 % linijos, o tai veikia maždaug 9–10 dalių per minutę. Linijos greitis nėra pirmenybė. Tai aritmetika.

Kodėl 280 Ah ir 300 Ah elementai pažeidžia įprastinį linijos dizainą

Mažos cilindrinės ląstelės toleruoja piktnaudžiavimą. Plieninė skardinė yra standi, masė maža, o gnybtų geometrija atleidžia milimetrą nesutapimo. Didelės prizminės ląstelės to nedaro.

• Masė ir inercija.5,5 kg ląstelė, greitai judanti konvejeriu, atlieka tikrą pagreitį. Kiekvienas sustojimas perduoda kinetinę energiją į ląstelę ir į laikiklį. Griebtuvams reikia jėgos valdymo ir minkštų kontaktinių trinkelių, kad būtų išvengta skardinių įlenkimų ir suvirinimo siūlės įtempimo.
• Pėdsakas ir suvirinimo ilgis.Standartinis 280 Ah elementas yra apytiksliai 174 × 207 × 72 mm, todėl kiekvienos ląstelės dangtelio perimetras yra apie 760 mm nepertraukiamo suvirinimo. Ši suvirinimo siūlė yra vienintelė kliūtis tarp elektrolito ir dvidešimties metų aplinkos drėgmės.
• Gilus įterpimas.300Ah šeima ištiesia skardinę aukštesnę. 200 mm įterpimo gylis padidina kampo paklaidą išilgai jo ilgio-geometrija apsaugo nuo nedidelių posvyrių.
• Turto naudojimo defektai.ESS ląstelės klasifikuojamos 6 000–8 000 ciklų. Atskyriklio raukšlė arba iš dalies sulydyta suvirinimo siūlė neatlaiko elektrinio bandymo. Jis sugenda trečiaisiais metais konteineryje, kurį operatorius turi atidaryti ir perdirbti.

Šios elementų klasės didelės spartos surinkimo linijos nėra padidintos cilindrinės linijos. Tai yra jų pačių inžinerinė disciplina, o dvi stotys, kurios ją apibrėžia, yra įkišimo ir viršutinio dangtelio suvirinimas.

Skardinės įdėjimas: pirmasis tolerancijos spąstai

Elektrodų mazgas-sukrautas arba suvyniotas elektrodai su ąselėmis, kurios jau privirintos prie dangtelio gnybtų-nuleidžiamos į aliuminio skardinę. Pritaikymas yra apgalvotas ir sandarus: bendras tarpas tarp elektrodo mazgo ir skardinės sienelės yra 0,3–0,8 mm, o tai yra 0,15–0,4 mm radialinis tarpas kiekvienoje pusėje.

Šis tarpas nepalieka vietos aplaidžiam vadovavimui, todėl automatizuotose stotyse naudojami trys apsaugos lygiai:

• Nusklembtos kreipiamosios plokštės ir kreipiamoji plėvelė.PET arba „Mylar“ įvorė perkelia agregatą į skardinės angą, užfiksuodama pirmąjį kontaktą, kad neprisijungtų separatoriaus kraštas. Plėvelė sunaudojama vienai ląstelei arba vienai partijai ir yra kontroliuojama eksploatacinė medžiaga, o ne patogumas.
• Jėgos ir poslinkio parašo stebėjimas.Įdėjimo servo sistema užfiksuoja jėgos kreivę ir eigą. Nuolatinis kilimas tikėtino voko ribose yra geras įterpimas. Jėgos smaigalys, plokščiakalnis arba staigus kritimas reiškia įstrigusį kraštą, sulankstytą separatorių arba netinkamai suderintą skirtuką. Smailių aptikimas siauroje nuokrypio juostoje užfiksuoja šiuos defektus stotyje, o ne linijos gale.
• Kampinio išlyginimo valdymas.Surinkimo ašis turi likti 0,2 laipsnio atstumu nuo skardinės ašies. Daugiau nei 200 mm eigos, 0,5 laipsnio pakreipimas sukuria 1,7 mm šoninį poslinkį skardinės apačioje{5}}daugiau nei keturis kartus už radialinį tarpą. To pasekmė – sutraiškytas separatoriaus kraštas, kurio nepažymės joks elektrinis bandymas.

Trys šimtai ampervalandžių formatai prideda dar vieną aspektą: aukštesnė skardinė padidina armatūros suspaudimo reikalavimą, o kreipiančiosios plėvelės kelias pailgėja. Abu sulėtina stotį, jei jos skirtos mažesnei 280 Ah geometrijai. Visiškai automatizuota prizminių elementų surinkimo linija, skirta 280 Ah ir 300 Ah ESS elementams, nurodyta kiekvienam formatui, būtent dėl ​​šios priežasties-galite aukštis, įterpimo eiga ir kreiptuvo geometrija yra konkretaus formato, o ne universalūs.

Viršutinis suvirinimas lazeriu: kur sprendžiamas hermetiškumas

Dangtelis uždedamas ant skardinės, tada sujungiamas nepertraukiamu lazeriniu suvirinimu per visą perimetrą. 280Ah elementui, kuriame yra maždaug 760 mm suvirinimo siūlės, atliekama 80–250 mm/s greičiu 1–3 kW skaiduliniu lazeriu. Įsiskverbimo tikslas yra 0,5–1,2 mm{10}}užtenka saugiklio dangtelio ir gali sienelės neįdegti į elektrodų krūvą.

Trys proceso kintamieji lemia kokybę:

Suvirinimo režimas ir taško virpesiai. Aliuminis atspindi artimą infraraudonąją šviesą mažu intensyvumu, tačiau galios tankiui peržengus slenkstį susidaro rakto skylutė. Spindulio bangavimas-apvalus dėmės svyravimas esant 100–300 Hz-stabilizuoja rakto skylutę, išplečia susiliejimo zoną ir slopina poringumą bei karštą įtrūkimą. Be klibėjimo, aliuminio suvirinimo kokybė yra monetos permetimas per ilgą siūlę.

Apsauginės dujos. Argonas 15–25 l/min., tiekiamas užpakaliniu antgaliu 30–45 laipsnių kampu. Dujų dangos gedimai rodomi kaip tamsūs, oksiduoti suvirinimo rutuliukai ir poringumas. Helio mišiniai naudojami ten, kur suvirinimo greitis padidina argono dangos ribas.

Dūmų ir purslų valdymas. Išgarintas aliuminis ir bet koks paviršiaus užterštumas vėl kondensuojasi kaip smulkios dalelės. Kryžminis srautas ir bendraašis ištraukimas apsaugo nuo purslų nuo dangtelio paviršiaus ir optikos. Viena laidžioji dalelė, nusileidusi ant netinkamo paviršiaus, vėliau tampa vidiniu trumpu. Ištraukimo sistema yra suvirinimo stoties specifikacijos dalis, o ne priedas.

Inline stebėjimas uždaro kilpą. Koaksialinio proceso stebėjimas registruoja kiekvienos suvirinimo siūlės šiluminę emisiją; nukrypimas nuo atskaitos voko žymi langelį prieš jam pajudant. Tada nuotėkio bandymo stotis patikrina rezultatą. Kiekvienas suvirintas elementas praeina helio nuotėkio patikrinimą pagal specifikaciją maždaug 10⁻⁷ Pa·m³/s arba tankiau, naudojanthelio nuotėkio tikrinimo įrangaprizminiam elementų sandarinimui, integruotam į tą pačią perdavimo liniją.

Skaičiai: pusiau{0}}automatinės ir visiškai automatinės linijos

Toliau pateiktas PPM ir našumo palyginimas atspindi 280 Ah prizminį surinkimą, esantį visos linijos apimtyje-nuo elektrodų sąrankos tiekimo iki sandarinimo, užpildymo ir galutinio valymo. Reikšmės yra tipinės ribos; kiekvienas tiekėjas ir formatas perkelia skaičius.

Ekonomika gyvena paskutinėse dviejose eilėse. Skirtumas tarp 95% ir 99% derliaus yra 400 ląstelių 10 000 – apie 14 000 USD medžiagos, 35 USD už ląstelę. Linija, gaminanti 10 000 ląstelių per dieną, praranda papildomus 14 000 USD per dieną esant mažesnei išeigai. Per 300 gamybos dienų, tai yra maždaug 4,2 mln. USD per metus. Palyginkite tai su darbo terminu: pakeitus 20 operatorių už 40 000 USD, sutaupoma 800 000 USD per metus. Medžiagų laužo nykštukų darbo užmokestis ESS gamyboje. Išeiga yra IG.

Išeiga taip pat skiriasi ESS mastu. 280Ah elemente yra apie 0,9 kWh. 1 % išeigos sumažėjimas 3 GWh linijoje išmeta elementų medžiagą, kurios vertė yra didesnė nei metinis visos surinkimo zonos priežiūros biudžetas.

Kur automatika iš tikrųjų moka, stotis prie stoties

Visiškas automatizavimas nereiškia linijos su robotais, pritvirtintais prie rankinio proceso. Tai reiškia, kad kiekviena stotis atitinka ciklo laiką ir kiekvienas perkėlimas yra mechanizuotas.

• Valdymas robotu su jėgos valdymu.Servo griebtuvai pakelia 5,5 kg sveriančius elementus už skardinės korpuso, naudodami programuojamą suspaudimo jėgą, o vakuuminiai galiniai efektai perkelia elektrodų mazgus neliesdami separatoriaus krašto.
• Indeksuotas arba padėklų perkėlimas.Fiksuoto žingsnio indeksavimas vienam fiksuotam formatui; nepriklausomi padėklai, kuriuose stotys veikia skirtingu ciklo laiku. Abiem atvejais nereikia vaikščioti, stovėti eilėse ir rankiniu būdu, dėl kurių sunaudojama daugiausia pusiau automatinio darbo.
• Buferiai tarp stočių.Maži akumuliatoriai sugeria mikro stabdžius, todėl 5 sekundžių žagsėjimas suvirinimo stotyje nesustabdo visos linijos.
• Tiesioginis patikrinimas po kiekvieno kritinio žingsnio.Dangtelio suvirinimo stebėjimas, helio nuotėkio bandymas ir vizualinis užpildymo angos patikrinimas. Defektai atmetami juos padariusioje stotyje, o ne aptikti galutinio bandymo metu.
• Ląstelių lygio atsekamumas.Kiekvienos ląstelės suvirinimo parametrai, įterpimo jėgos kreivė ir nuotėkio greitis registruojami pagal jo brūkšninį kodą. Kai konteineris grįžta ketvirtaisiais metais, yra gamybos įrašas.

Šią integraciją pagal stotį „iki rakto“ tiekėjas teikia kaip vieną apimtį: šviesolaidįlazerinio suvirinimo automatika prizminiam elementuiviršutinio dangtelio sandarinimas sukurtas kartu su įdėjimo, perkėlimo ir tikrinimo stotimis, o ne atskirai tiekiamas ir prijungtas vietoje.

DUK: ESS Prismatic Cell Assembly

Kokiu PPM turėtų veikti 280 Ah elementų surinkimo linija?
10–15 dalių per minutę visiškai automatizuotai linijai, kai didelės spartos konfigūracijos siekia 20 PPM. Pusiau automatinės linijos paprastai veikia 2–5 PPM greičiu. Reikalingas PPM tiesiogiai priklauso nuo tikslinės GWh: 1 GWh esant 280 Ah yra maždaug 1,1 mln. elementų per metus.

Kokio pelno galima tikėtis iš automatizuotos ESS surinkimo linijos?
97,5–99 % pirmojo praėjimo išeiga pasiekiama naudojant valdomą automatizuotą liniją, palyginti su 92–95 % pusiau automatine įranga. Didelės apimties linijos medžiagų sąnaudų skirtumas siekia milijonus USD per metus.

Koks yra sunkiausias 280 Ah prizminio surinkimo proceso etapas?
Viršutinis suvirinimas lazeriu paprastai yra tiek kokybės, tiek pralaidumo kliūtis. 760 mm nepertraukiamas suvirinimas, esant 0,5–1,2 mm įsiskverbimui, turi būti atliktas per kelias sekundes be poringumo, o stoties ciklas paprastai uždengia linijos PPM.

Kaip patikrinamas ląstelių hermetiškumas?
Helio nuotėkio bandymas pagal specifikaciją maždaug 10⁻⁷ Pa·m³/s arba griežtesnis, atliekamas linijoje po gaubtelio suvirinimo. Rentgeno arba KT mėginių ėmimas naudojamas suvirinimo siūlės įsiskverbimui tikrinti partijos pagrindu.

Ar esamą pusiau{0}}automatinę liniją galima naujovinti į didesnį PPM?
Iš dalies. Pridėjus suvirinimo stotį, sandarumo testą ir atsekamumą prie rankinės linijos, išeiga padidėja, tačiau rankiniu būdu perduodant PPM išlieka ribotas. Kai greitis viršija maždaug 5 PPM, pigesnis būdas yra nauja linija, pagrįsta automatiniu įterpimu ir suvirinimu.

Techninė nuoroda, sudaryta TOB New Energy procesų inžinerijos grupės iš prizminių elementų surinkimo linijos diegimo ESS elementų formatams. Norėdami sužinoti ciklo trukmės ir našumo modelį pagal savo konkretų 280 Ah arba 300 Ah gamybos tikslą, susisiekite su Dr. Dany Huang „LinkedIn“ arba pateikite elemento specifikaciją Xiamen inžinerijos skyriui.