نویسنده: Dany Huang, Ph.D.
مدیر عامل و رهبر تحقیق و توسعه، TOB New Energy
با دکتر هوانگ در لینکدین ارتباط برقرار کنید
خلاصه اجرایی و نکات کلیدی
بوم ESS روی سلولهای بزرگ منشوری LFP-قالبهای 280Ah و 300Ah اجرا میشود که هر کدام 5.4 تا 6.0 کیلوگرم وزن دارند و باید مهر و موم هرمتیک خود را برای 15 تا 20 سال حفظ کنند. مونتاژ با سرعت بالا یک رشته تلورانس است: آیا می توان فاصله درج، نفوذ جوش کلاهک، و تعادل PPM/بازده را تعیین کرد که آیا یک خط درآمد دارد یا ضایعات ایجاد می کند.
- فاصله درج قوطی: در مجموع 0.3-0.8 میلی متر، با انحراف زاویه ای کمتر از 0.2 درجه. در عمق درج 200 میلیمتر، نیم درجه شیب برابر با 1.7 میلیمتر آفست-برای تا زدن لبه جداکننده و ایجاد نقص خود-تخلیه است.
- جوشکاری لیزری کلاهک بالا: یک جوش محیطی 0.76 متر در هر سلول 280Ah با سرعت 80-250 میلی متر بر ثانیه، نفوذ 0.5-1.2 میلی متر، با نرخ نشت هلیوم در حدود 10-7 Pa·m3/s یا محکم تر.
- PPM و بازده: خطوط نیمه خودکار 2 تا 5 قسمت در دقیقه با 92 تا 95 درصد اول-بازده عبور اجرا میشوند. خطوط کاملاً خودکار 10-15 PPM در 97.5-99٪ کار می کنند.
- شکاف بازده، ROI واقعی است: چهار درصد در 10000 سلول در روز معادل تقریباً 4 میلیون دلار در سال در مواد ذخیره شده با هزینه سلول ESS است.
یک سلول LFP 280Ah یک مخزن تحت فشار 5.5 کیلوگرمی است که باید دو دهه از چرخه حرارتی درون یک ظرف دوام بیاورد. همچنین کالایی است-که خریداران ذخیرهسازی شبکهای با قیمت هر کیلووات ساعت خریداری میکنند، و سلول بیشتر هزینه را به عهده دارد. بنابراین خطوط مونتاژ از هر دو طرف فشرده می شوند: PPM بالاتر برای استهلاک سرمایه، تحمل سخت تر برای محافظت از بازده. خطوط دستی و نیمه خودکار نمی توانند هر دو را تحویل دهند. این واقعیت عملیاتی پشت هر تصمیم توسعه کارخانه ESS است.
در 280Ah، یک سلول برابر با 0.896 کیلووات ساعت است. یک گیاه 3 گیگاوات ساعتی به حدود 3.3 میلیون سلول در سال نیاز دارد. 300 روز با 85٪ در دسترس بودن خط، که تقریباً 9 تا 10 قسمت در دقیقه اجرا می شود. سرعت خط یک اولویت نیست. حسابی است.
چرا سلول های 280 و 300 آمپر ساعت طراحی خط معمولی را می شکند؟
سلول های استوانه ای کوچک، سوء استفاده را تحمل می کنند. قوطی فولادی سفت و سخت است، جرم آن کم است، و هندسه انتهایی یک میلی متر ناهماهنگی را می بخشد. سلول های منشوری بزرگ این کار را نمی کنند.
- جرم و اینرسی.یک سلول 5.5 کیلوگرمی که با سرعت روی نوار نقاله حرکت می کند، حرکت واقعی را حمل می کند. هر توقف انرژی جنبشی را به سلول و به فیکسچر منتقل می کند. گیره ها برای جلوگیری از فرورفتگی و تنش درز جوش به کنترل نیرو و لنت های تماس نرم نیاز دارند.
- رد پای و طول جوش.یک سلول استاندارد 280 آمپر ساعتی تقریباً 174 × 207 × 72 میلی متر است و محیط کلاهکی حدود 760 میلی متر جوش پیوسته در هر سلول ایجاد می کند. آن جوش تنها مانع بین الکترولیت و بیست سال رطوبت محیط است.
- درج عمیق.خانواده 300Ah قوطی را بلندتر می کند. عمق درج 200 میلی متر خطای زاویه ای را در طول آن تقویت می کند-هندسه کج های کوچک را مجازات می کند.
- نقص عمر دارایی.سلول های ESS برای 6000-8000 سیکل درجه بندی می شوند. یک چین جداکننده یا یک جوش نیمه ذوب شده در آزمایش الکتریکی شکست نمی خورد. در سال سوم، در داخل ظرفی که اپراتور باید آن را باز کند و دوباره کار کند، از کار می افتد.
خطوط مونتاژ با سرعت بالا برای این کلاس سلولی، خطوط استوانهای کوچکتر نیستند. آنها رشته مهندسی خودشان هستند و دو ایستگاهی که آن را تعریف می کنند عبارتند از جوشکاری درج و کلاهک بالا.
Can Insertion: The First Tolerance Trap
مجموعه الکترود-الکترودهای انباشته یا زخمی شده با زبانه هایی که از قبل به پایانه های درپوش جوش داده شده اند-در قوطی آلومینیومی پایین می آیند. تناسب عمدی و محکم است: فاصله کلی بین مجموعه الکترود و دیواره قوطی 0.3-0.8 میلی متر است که 0.15-0.4 میلی متر شکاف شعاعی در هر طرف است.
این شکاف جایی برای هدایت بی نظم باقی نمی گذارد، بنابراین ایستگاه های خودکار از سه لایه حفاظتی استفاده می کنند:
- صفحات راهنمای پخ و یک فیلم راهنما.یک آستین PET یا مایلار مجموعه را به داخل دهانه قوطی قیف می کند و اولین تماس را می گیرد تا لبه جداکننده این کار را نکند. این فیلم در هر سلول یا هر دسته مصرف می شود و یک ماده مصرفی کنترل شده است، نه یک راحتی.
- نظارت بر امضای نیرو-جابجاییسروو درج منحنی نیرو در مقابل ضربه را ثبت می کند. افزایش ثابت در یک پاکت مورد انتظار، درج خوبی است. سنبله نیرو، پلاتو یا افت ناگهانی به معنای لبه گیر کرده، جداکننده تا شده یا زبانه نامرتب است. تشخیص سنبله در یک باند انحراف باریک این عیوب را در ایستگاه نشان می دهد، نه در انتهای خط.
- کنترل تراز زاویه ایمحور مونتاژ باید در 0.2 درجه محور قوطی قرار گیرد. بیش از 200 میلیمتر حرکت، 0.5 درجه شیب، 1.7 میلیمتر فاصله جانبی در پایین قوطی ایجاد میکند-بیش از چهار برابر فاصله شعاعی. نتیجه یک لبه جداکننده خرد شده است که هیچ آزمایش الکتریکی آن را علامت گذاری نمی کند.
فرمتهای سیصد آمپر ساعتی یک نکته دوم را اضافه میکنند: قوطی بلندتر نیاز به فشردهسازی پشته روی فیکسچر را افزایش میدهد و مسیر فیلم راهنما طولانیتر میشود. هر دو اگر برای هندسه کوچکتر 280Ah طراحی شده باشند، ایستگاه را کاهش می دهند. یک خط مونتاژ سلول منشوری کاملاً خودکار برای سلولهای ESS 280Ah و 300Ah دقیقاً به همین دلیل در هر قالب مشخص میشود-میتواند ارتفاع، خط درج و هندسه راهنما مختص فرمت باشد، نه جهانی.
جوشکاری لیزری درپوش بالا: جایی که هرمتیکی تعیین می شود
کلاهک روی قوطی قرار می گیرد، سپس توسط یک جوش لیزری پیوسته در اطراف محیط کامل به هم متصل می شود. برای یک سلول 280Ah که تقریباً 760 میلیمتر جوش دارد، با سرعت 80 تا 250 میلیمتر بر ثانیه با لیزر فیبر در 1 تا 3 کیلو وات اجرا میشود. هدف نفوذ 0.5 تا 1.2 میلیمتر{10}}برای فیوز کردن درپوش کافی است و میتواند بدون سوختن در پشته الکترود دیواره کند.
سه متغیر فرآیند بر کیفیت حاکم است:
حالت جوش و نوسان نقطه ای. آلومینیوم نور مادون قرمز نزدیک را با شدت کم منعکس می کند، اما زمانی که چگالی توان از آستانه عبور کرد، سوراخ کلید ایجاد می شود. لرزش پرتو-نوسان دایرهای نقطه در 100-300 هرتز{5}} سوراخ کلید را تثبیت میکند، ناحیه همجوشی را گسترده میکند و تخلخل و ترکخوردگی داغ را سرکوب میکند. بدون تاب خوردن، کیفیت جوش روی آلومینیوم یک سکه بر روی یک درز طولانی است.
گاز محافظ آرگون با 15-25 لیتر در دقیقه، توسط یک نازل دنباله دار در 30-45 درجه تحویل می شود. خرابی های پوشش گاز به صورت مهره های جوش تیره و اکسید شده و تخلخل ظاهر می شوند. مخلوط هلیوم در جایی استفاده می شود که سرعت جوش محدودیت های پوشش آرگون را افزایش می دهد.
مدیریت دود و پاشش آلومینیوم تبخیر شده و هرگونه آلودگی سطحی مجدداً به صورت ذرات ریز متراکم می شوند. یک جت متقاطع و استخراج کواکسیال پاشش را از سطح درپوش و اپتیک دور نگه می دارد. یک ذره رسانای منفرد که بر روی سطح اشتباه فرود می آید کمی دیرتر تبدیل به یک ذره داخلی می شود. سیستم استخراج بخشی از مشخصات ایستگاه جوش است، نه یک لوازم جانبی.
نظارت درون خطی حلقه را می بندد. مشاهدات فرآیند کواکسیال امضای انتشار حرارتی هر جوش را ثبت می کند. یک انحراف از پاکت مرجع، سلول را قبل از پیشروی نشان می دهد. سپس ایستگاه تست نشت نتیجه را تأیید می کند. هر سلول جوش داده شده یک بررسی نشت هلیوم را با مشخصاتی در حدود 10-7 Pa·m3/s یا محکم تر انجام می دهد.تجهیزات تست نشت هلیومبرای تأیید مهر و موم سلولی منشوری که در همان خط انتقال یکپارچه شده است.
بینش مهندسی:
جوشکاری کلاهک تقریباً همیشه گلوگاه خط است. یک درز 760 میلی متری با سرعت 150 میلی متر بر ثانیه 5 ثانیه زمان قوس را مصرف می کند. بار اضافه کنید، تراز کنید، گیره و تخلیه کنید و چرخه ایستگاه به 8 تا 10 ثانیه نزدیک می شود. بدون توجه به اینکه هر ایستگاه دیگر با چه سرعتی کار میکند، آن ایستگاه خط را از 6 تا 7 PPM میپوشاند. بنابراین، بلند کردن یک خط از 10 تا 15 PPM یک مشکل ایستگاه جوش است{12}}دو سر، دو خط موازی، یا طراحی کلاهک تقسیم- نه یک مشکل نوار نقاله. مهندسان خط TOB New Energy هر زمان که مشتری ESS افزایش PPM را هدف قرار دهد ابتدا ایستگاه جوش را مجدداً متعادل می کنند.
اعداد: خطوط نیمه خودکار در مقابل خطوط کاملاً خودکار
مقایسه PPM و بازده زیر، مجموعه منشوری 280Ah را در محدوده خط کامل نشان میدهد-از ورودی مجموعه الکترود از طریق آببندی، پر کردن و تمیز کردن نهایی. مقادیر محدوده های معمولی هستند. هر تامین کننده و فرمت اعداد را تغییر می دهد.
| متریک | نیمه{0}}خط خودکار / دستی | خط کاملا اتوماتیک |
|---|---|---|
| خروجی | 2-5 PPM | 10-15 PPM (طراحی های پرسرعت تا 20) |
| بازده پاس اول | 92–95% | 97.5–99% |
| اپراتورهای مستقیم در هر شیفت | 18–30 | 3–5 |
| خط OEE | 55–70% | 80–90% |
| ثبات خروجی در سراسر شیفت | با خستگی کاهش می یابد | تخت روی پلاک |
| رد در هر 10000 سلول | 500–800 | 100–250 |
| ضرر مادی 35 دلار آمریکا برای هر سلول | 17500-28000 دلار آمریکا | 3500-8750 دلار آمریکا |
اقتصاد در دو ردیف آخر زندگی می کند. تفاوت بین بازده 95% و 99% 400 سلول در هر 10000 است - حدود 14000 دلار در ماده با 35 دلار در هر سلول. خطی که 10000 سلول در روز تولید می کند روزانه 14000 دلار اضافی را با بازده کمتر از دست می دهد. در طول 300 روز تولید، که تقریباً 4.2 میلیون دلار در سال است. آن را با اصطلاح کار مقایسه کنید: جایگزینی 20 اپراتور با هزینه بارگیری 40000 دلار، 800،000 دلار در سال صرفه جویی می کند. حقوق و دستمزد کوتوله های قراضه مواد در تولید ESS. بازده ROI است.
بازده نیز در مقیاس ESS ترکیبات متفاوتی دارد. یک سلول 280Ah حدود 0.9 کیلووات ساعت دارد. کاهش بازده 1 درصدی در یک خط 3 گیگاوات ساعتی باعث دور ریختن مواد سلولی بیشتر از بودجه نگهداری سالانه کل منطقه مونتاژ می شود.
جایی که اتوماسیون واقعاً پرداخت می کند، ایستگاه به ایستگاه
اتوماسیون کامل به معنای خطی نیست که ربات ها روی یک فرآیند دستی پیچ شده اند. این بدان معناست که هر ایستگاه با زمان چرخه مطابقت دارد و هر انتقال مکانیزه است.
- هندلینگ رباتیک با کنترل نیرو.گیره های سروو سلول های 5.5 کیلوگرمی را توسط بدنه قوطی با نیروی گیره قابل برنامه ریزی بلند می کنند و افکتورهای انتهایی خلاء مجموعه های الکترود را بدون تماس با لبه جداکننده حرکت می دهند.
- انتقال نمایه یا پالت.نمایه سازی گام ثابت برای یک قالب ثابت. پالت های مستقل که در آن ایستگاه ها در زمان های مختلف چرخه کار می کنند. هر دو راه رفتن، صفبندی و مرحلهبندی دستی را که بیشترین نیروی کار نیمهخودکار را مصرف میکنند، حذف میکنند.
- بافر بین ایستگاه هاانباشته های کوچک میکرو استاپ ها را جذب می کنند بنابراین یک سکسکه 5 ثانیه ای در ایستگاه جوش کل خط را متوقف نمی کند.
- بازرسی درون خطی بعد از هر مرحله حیاتی.نظارت بر جوش کلاهک، آزمایش نشت هلیوم و بررسی بصری درگاه پر. نقص ها در ایستگاهی که آنها را ایجاد کرده است رد می شود، نه در آزمایش پایان خط.
- قابلیت ردیابی در سطح سلولپارامترهای جوش هر سلول، منحنی نیروی درج و نرخ نشت در برابر بارکد آن ثبت می شود. وقتی یک کانتینر در سال چهارم برمی گردد، رکورد تولید وجود دارد.
این ادغام ایستگاه به ایستگاه همان چیزی است که یک ارائه دهنده کلید در دست به عنوان یک حوزه ارائه می کند: فیبراتوماسیون جوش لیزری برای سلول های منشوریآب بندی کلاهک بالا در کنار ایستگاه های درج، انتقال، و بازرسی مهندسی شده است نه اینکه به طور جداگانه و در محل اتصال داده شود.
برای برنامه ریزی خط مونتاژ ESS آماده اید؟
حاشیه های ESS جایی برای خطی که 60 درصد از پلاک نام دارد باقی نمی گذارد. TOB New Energy، به عنوان یک کارخانه منبع مستقیم، مهندسین خطوط مونتاژ سلول منشوری را برای 280Ah، 300Ah، و فرمتهای بزرگتر تکمیل میکنند-که میتوانند درج، جوش لیزر درپوش، آزمایش نشت، انتقال و قابلیت ردیابی را در یک محدوده انجام دهند. نقشه سلولی، گیگاوات ساعت هدف و PPM مورد نیاز را برای تجزیه و تحلیل زمان چرخه ایستگاه به ایستگاه و نقل قول مستقیم کارخانه به تیم مهندسی ارسال کنید.
سؤالات متداول: مجموعه سلولی منشوری ESS
خط مونتاژ سلولی 280Ah باید با چه PPM کار کند؟
10 تا 15 قسمت در دقیقه برای یک خط کاملاً خودکار، با پیکربندیهای پرسرعت به 20 PPM. خطوط نیمه اتوماتیک معمولاً 2 تا 5 PPM کار می کنند. PPM مورد نیاز مستقیماً از گیگاوات ساعت هدف حاصل می شود: 1 گیگاوات ساعت در 280Ah معادل حدود 1.1 میلیون سلول در سال است.
چه بازدهی را می توان از یک خط مونتاژ خودکار ESS انتظار داشت؟
بازده عبور اول 97.5-99٪ در یک خط خودکار کنترل شده قابل دستیابی است، در مقابل 92-95٪ در تجهیزات نیمه خودکار. تفاوت هزینه مواد در یک خط با حجم بالا به میلیون ها دلار در سال می رسد.
سخت ترین مرحله فرآیند در مونتاژ منشوری 280Ah چیست؟
جوشکاری لیزری کلاهک بالا معمولاً هم کیفیت و هم گلوگاه توان عملیاتی دارد. یک جوش پیوسته 760 میلیمتری با نفوذ 0.5 تا 1.2 میلیمتر باید در چند ثانیه با تخلخل صفر انجام شود و چرخه ایستگاه معمولاً خط PPM را پوشش میدهد.
هرمتیک بودن سلول چگونه تایید می شود؟
آزمایش نشت هلیوم با مشخصاتی در حدود 10-7 Pa·m3/s یا محکم تر، پس از جوشکاری درپوش به صورت خطی انجام شد. نمونه برداری اشعه ایکس یا CT برای بررسی نفوذ جوش به صورت دسته ای استفاده می شود.
آیا می توان یک خط نیمه خودکار موجود را به PPM بالاتر ارتقا داد؟
تا حدی. افزودن ایستگاه جوش، تست نشت و قابلیت ردیابی به یک خط دستی بازده را افزایش می دهد، اما PPM با انتقال دستی محدود می شود. تقریباً بالای 5 PPM، خط جدیدی که حول جوشکاری و درج خودکار ساخته شده است، مسیر کمهزینهتری است.
مرجع فنی گردآوری شده توسط گروه مهندسی فرآیند TOB New Energy از استقرار خط مونتاژ سلول منشوری برای فرمت های سلول ESS. برای یک مدل چرخه زمان و عملکرد در هدف تولید 280Ah یا 300Ah، با دکتر Dany Huang در LinkedIn ارتباط برقرار کنید یا مشخصات سلول را به میز مهندسی Xiamen ارسال کنید.
