Systeem voor energie-terugkoppeling voor batterijformatie en sortering | TOB-EF256-6G

TOB-EF256-6G Energie-terugkoppeling automatisch vormings- en sorteersysteem voor pouchcellen

Productoverzicht en ideale toepassingen

De TOB-EF256-6G is een automatisch vormings- en sorteersysteem dat speciaal is ontwikkeld voor oplaadbare lithium-ion pouchcellen. Het combineert 256 onafhankelijke testkanalen—elk in staat om te laden en ontladen met maximaal 6 A binnen een spanningsbereik van 0–5 V—met een bidirectionele AC-DC/DC-AC energie-terugkoppeling-voedingsarchitectuur die de energie die tijdens het ontladen uit cellen vrijkomt terugleidt naar het AC-elektriciteitsnet van de fabriek in plaats van deze als warmte te verliezen. Dit ontwerp levert tegelijkertijd uiterst nauwkeurige elektrochemische cyclustests en een aanzienlijke vermindering van het elektrische energieverbruik van een batterijproductielijn.

Elk kanaal van de TOB-EF256-6G gebruikt een echte vierdraads (Kelvin) meetmethode en wordt aangestuurd door een afzonderlijke constante-stroom/constante-spanningsbron die elektrisch geïsoleerd is van de aangrenzende kanalen. De volledige kast met 256 kanalen wordt als één geheel bestuurd via Ethernet of RS-485 vanaf een Windows-gebaseerde hostcomputer waarop de eigen vormingssoftware van TOB draait. Met de software kan de gebruiker maximaal 32 stappen en 256 cycli per recept programmeren, waarbij elke stap kan worden ingesteld als laden met constante stroom, laden met constante spanning, ontladen met constante stroom of rust. Real-time spannings-/stroom-/capaciteits-/energiecurves worden voor elk kanaal weergegeven, en alle ruwe gegevens plus resultaten aan het einde van elke stap worden lokaal opgeslagen en kunnen optioneel worden geüpload naar een serverdatabase voor MES-integratie.

Het mechanische ontwerp van de TOB-EF256-6G is afgestemd op de verwerking van pouchcellen. De kast is verdeeld in vier deuren, die elk 16 lagen met bevestigingshouders bevatten, gerangschikt voor cellen die aan beide zijden van de tray worden geladen. Een motorgestuurd verticaal klemmechanisme opent en sluit de volledige reeks houders tegelijkertijd, waardoor het laden en lossen van cellen sneller verloopt. De bevestigingstrays hebben een gesplitst ontwerp met verstelbare contactafstand voor positieve en negatieve elektroden, waardoor pouchcellen met lipjes tot 120 mm uit elkaar kunnen worden geplaatst.

Ideaal voor:

• Lithium-ion pouchcelproductielijnen die de kritieke vormingsstappen (eerste lading, SEI-vorming) en capaciteitsindeling uitvoeren voordat cellen in modules worden geassembleerd of als eindproducten worden verzonden.
• Batterij-pilotlijnen die één kast nodig hebben die tot 256 cellen per batch kan verwerken met dezelfde elektrische precisie en gegevenstraceerbaarheid als een grootschalig productiesysteem.
• Fabrikanten die de elektrische bedrijfskosten van hun vormingsgebied willen verlagen door energie-terugkoppelsystemen in te zetten die een aanzienlijk deel van de ontlaadenergie terugwinnen.
• Kwaliteitscontroleafdelingen die een permanent, controleerbaar digitaal overzicht nodig hebben van de vormings- en sorteergegevens van elke cel, van de aanvankelijke nullastspanning tot de uiteindelijke capaciteitsklasse.

Wilt u weten welke doorvoer u kunt bereiken met 256 kanalen bij uw gewenste vormingsprotocol? Neem contact op met onze ingenieurs voor vormingssystemen en geef uw celcapaciteit en laadstroom door.

Waar vorming en sortering passen in de productie van pouchcellen

De vormings- en sorteerstap bevindt zich tussen celassemblage en eindverzending en heeft twee afzonderlijke doelen:

1. Vorming:Een pas geassembleerde pouchcel bevat een droge separator en een ongerepte set elektroden. Wanneer de eerste lading wordt toegepast, ontleedt de elektrolyt op gecontroleerde wijze aan het anodeoppervlak en vormt de vaste-elektrolyt-interfase (SEI). Deze SEI is essentieel voor de langdurige stabiliteit van de cel, maar verbruikt een kleine hoeveelheid lithium en genereert gas. Het vormingsprotocol—een zorgvuldig gedefinieerde reeks laadstromen, spanningshandhavingen, rustperioden en soms een ontgassingsstap—moet met hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid worden uitgevoerd, omdat variaties in de vormingsspanning of -stroom kunnen leiden tot ongelijkmatige SEI-groei en een grote spreiding in celcapaciteit en interne weerstand.
2. Sortering:Na de vorming wordt elke cel ontladen en opnieuw geladen (vaak gedurende één of meerdere cycli) om de werkelijke capaciteit, energie en interne weerstand te meten. De cellen worden vervolgens gesorteerd in capaciteitsklassen (doorgaans binnen ±1 % van een doelcapaciteit), zodat cellen die in dezelfde module of hetzelfde pakket worden gemonteerd nauw overeenkomende elektrische eigenschappen hebben. De TOB-EF256-6G ondersteunt meerdere sorteermethoden, waaronder capaciteitsclassificatie, tijdclassificatie, capaciteit-plus-curveclassificatie, tijd-plus-curveclassificatie, capaciteit-plus-spanningsclassificatie en vaste-spanningsclassificatie, waardoor de productie-ingenieur de methode kan kiezen die het beste overeenkomt met prestaties in het veld.

Door vorming en sortering te combineren in één kast met 256 kanalen vermindert de TOB-EF256-6G de celverwerking: dezelfde houder houdt de cel vast vanaf de eerste vormingslading tot en met de uiteindelijke sorteerdontlading, waardoor het overbrengen van cellen tussen machines niet nodig is en het risico op beschadiging van lipjes of verontreiniging wordt verminderd.

Hoe het energie-terugkoppelsysteem werkt

De TOB-EF256-6G gebruikt een bidirectionele AC-DC/DC-AC-voedingsarchitectuur die fundamenteel verandert hoe elektrische energie tijdens het cycleren van cellen stroomt:

Tijdens het laden:

• De constante-stroom/constante-spanningsbron van elk kanaal haalt gelijkstroom uit een interne 14 V DC-bus, die wordt gevoed door de AC-DC-fase van de bidirectionele voeding.
• De AC-DC-fase zet wisselstroom van het elektriciteitsnet (driefasig, 380 V) om in geregelde gelijkstroom met een omzettingsrendement dat inherent hoger is dan dat van een traditionele lineaire constante-stroombron.
• De totale energiestroom tijdens het laden is: (Elektriciteit van het net + energie van andere cellen die gelijktijdig ontladen) → bidirectionele AC-DC-omvormer → DC-bus → DC-DC-circuit per kanaal → cel.

Tijdens het ontladen:

• De opgeslagen energie van de cel wordt teruggevoerd via het DC-DC-circuit per kanaal, dat de celspanning verhoogt tot de interne DC-busspanning.
• De DC-AC-fase van de bidirectionele voeding zet deze gelijkstroomenergie vervolgens om in wisselstroom en synchroniseert deze met het AC-net van de fabriek.
• De wisselstroom vloeit naar de lokale AC-bus van de fabriek, waar deze bij voorkeur wordt gebruikt door andere apparatuur—waaronder andere TOB-EF256-6G-kasten die cellen laden, plus algemene fabrieksbelastingen zoals verlichting, HVAC en kantoorapparatuur.
• Alleen de energie die de onmiddellijke consumptie van de fabriek overschrijdt, wordt teruggeleverd aan het bredere elektriciteitsnet.

Rendementsspecificaties:

• Omzettingsrendement van de laadvoeding: > 70 % (berekend als de door software geregistreerde laadenergie van de batterij gedeeld door het gemeten verbruik van de elektriciteitsmeter × 100 %).
• Terugkoppelrendement van de ontlaadvoeding: > 65 % (berekend als de omgekeerde actieve energie van de elektriciteitsmeter gedeeld door de door software geregistreerde ontlaadenergie van de batterij × 100 %).

Deze rendementscijfers betekenen dat voor elke 1 kWh energie die tijdens capaciteitstests uit cellen wordt ontladen, ongeveer 0,65 kWh wordt teruggewonnen en opnieuw binnen de fabriek wordt gebruikt, in plaats van als warmte via weerstandsbelastingen te worden afgevoerd.

Belangrijkste systeemmogelijkheden

▶ 256 onafhankelijke, geïsoleerde kanalen

Elk van de 256 kanalen heeft zijn eigen constante-stroom/constante-spanningsbron die elektrisch geïsoleerd is van de andere kanalen. Het stroombereik per kanaal is 5–6000 mA en dekt de vormingsbehoeften van kleine pouchcellen (bijv. 150 mAh) tot grotere cellen voor pilotproductie. Alle kanalen worden als groep aangesproken en bestuurd door de kastcontroller, maar het elektrische circuit van elk kanaal is volledig onafhankelijk, zodat een storing in één kanaal geen invloed heeft op de andere kanalen.

▶ Hoge meetnauwkeurigheid met vierdraads Kelvin-aansluiting

De stroomnauwkeurigheid bedraagt ±0,05 % van het volledige bereik plus ±0,05 % van de aflezing, en de spanningsnauwkeurigheid bedraagt ±2 mV. Deze specificaties worden mogelijk gemaakt door de echte vierdraads meetmethode, waarbij de stroomvoerende leidingen worden gescheiden van de spanningsmeetleidingen bij het contactpunt van de houder, waardoor de bijdrage van leidingweerstand en contactweerstand aan de gemeten celspanning wordt geëlimineerd. Een volledige kasts scan van alle 256 kanalen wordt voltooid binnen ≤ 3 s en het minimale gegevensregistratie-interval bedraagt 5 s.

▶ Modulaire constructie met gemotoriseerde automatische klemming

De kast is verdeeld in vier deuren, elk met 16 lagen armaturen (256 kanalen in totaal). Het laden en lossen van cellen wordt versneld door een motorgestuurd verticaal klemsysteem dat alle armaturen in één deur tegelijkertijd opent of sluit. De armatuurbladen hebben een gesplitst ontwerp: de positieve en negatieve contactmodules kunnen onafhankelijk worden verplaatst, waardoor de contactafstand tot maximaal 120 mm kan worden aangepast om pouchcellen met verschillende tabafstanden te ondersteunen. De punt-tot-puntcontactafstand langs elk blad is 168 mm.

▶ Energie-terugkoppelingsarchitectuur verlaagt de bedrijfskosten

De bidirectionele AC-DC/DC-AC-voeding wint een aanzienlijk deel van de ontladingsenergie terug die anders verloren zou gaan. In een typisch formatteer- en sorteerprotocol waarbij de cellen meerdere keren worden ontladen voor capaciteitsmeting, verlaagt de teruggewonnen energie rechtstreeks de elektriciteitsrekening van de fabriek en vermindert deze de warmtebelasting van het airconditioningsysteem van de fabriek.

▶ Flexibele programmering van recepten met meerdere stappen

De hostsoftware, die draait op een Windows-pc die via Ethernet of RS-485 is verbonden, maakt het mogelijk om per recept maximaal 32 stappen en 256 cycli te programmeren. Elke stap kan worden geconfigureerd als laden met constante stroom, laden met constante spanning, laden met constante stroom/constante spanning, ontladen met constante stroom of rust. Een stap kan worden beëindigd op basis van stroom-, spannings-, tijds- of capaciteitsvoorwaarden. Deze flexibiliteit ondersteunt complexe formatteerprotocollen, zoals meerfasige bevochtiging, gasvorming en ontgassingsreeksen.

▶ Uitgebreide gegevensregistratie en MES-connectiviteit

Gedetailleerde ruwe gegevens voor elk kanaal en elke stap worden lokaal op de pc opgeslagen als afzonderlijke procesbestanden. Resultaten aan het einde van elke stap (nullastspanning, gemiddelde spanning, staptijd, stroom, capaciteit, plateaucapaciteit) worden opgeslagen in een standaard MDB-databasebestand, één per procesrun. In faciliteiten met een geconfigureerde gegevensserver kunnen de resultaten automatisch worden geüpload naar een serverdatabase, waarbij de MDB-bestanden dienen als een standaarddatabaseformaat dat rechtstreeks kan worden geïntegreerd met een fabrieks-MES. Deze architectuur bewaart een volledig digitaal record voor traceerbaarheid en ondersteunt de statistische analyse die nodig is voor voortdurende procesverbetering.

▶ Barcodescanning voor traceerbaarheid van cellen

De TOB-EF256-6G ondersteunt barcodescanning, inclusief sequentieel scannen en kanaalsprongscannen, zodat de unieke barcode van elke cel wordt gekoppeld aan het specifieke kanaal waarin deze wordt verwerkt. De barcodegegevens worden opgeslagen samen met de formatteer- en sorteergegevens, waardoor volledige voorwaartse en achterwaartse traceerbaarheid mogelijk is, van binnenkomende cellen tot uiteindelijke capaciteitscategorieën.

▶ Uitgebreide beveiligings- en alarmfuncties

Het systeem beschermt cellen en de apparatuur zelf door middel van hardware- en softwarematige beveiligingen: overstroom-, onderstroom-, overspannings-, onderspannings-, overcapaciteits- en lekstroomdetectie. Beveiliging tegen laadoverspanning en ontladingsonderspanning wordt zowel door een hardwarecircuit als door een softwarelimiet geboden, waardoor een redundante veiligheidslaag ontstaat die cellen beschermt, zelfs als de besturingssoftware defect zou raken.

Technische specificaties

Aanvullende functionele specificaties

Mechanische specificaties

Systeemsamenstelling

Het geleverde TOB-EF256-6G vormings- en sorteersysteem omvat de volgende hoofdelementen:

1. Lithium-ionbatterijvormings- en sorteerapparatuur (de hierboven beschreven kast met 256 kanalen).
2. Hostcomputer met USB- en Ethernet-interfaces.
3. Communicatieomvormers en kabels (USB-naar-RS-485-omvormer en communicatiekabel, of Category-5-netwerkkabel en RJ45-connectoren).
4. TOB-vormings- en sorteersoftware voor Windows.

De hostcomputer maakt verbinding met de kastcontroller en verzendt opdrachten terwijl gegevens van alle kanalen worden verzameld. De per-kanaal printplaten voor constante stroom/constante spanning reageren op de CPU van de controller en bieden regeling van constante stroom en constante spanning tijdens zowel laden als ontladen.

Tijdens het laden zet de bidirectionele voeding de wisselstroom van het elektriciteitsnet om naar een 14 V DC-bus, en regelt de printplaat van elk kanaal de stroom naar de cel. Tijdens het ontladen wordt het proces omgekeerd: de printplaat van elk kanaal verhoogt eerst de celspanning naar de interne DC-bus, waarna de bidirectionele voeding deze gelijkstroom omzet in wisselstroom die op het AC-distributienet van de fabriek wordt gevoed. Deze architectuur realiseert de energieterugvoerfunctie die in de specificaties wordt beschreven.

Aanbevelingen voor praktische bediening en onderhoud

• Kalibratie: De spannings- en stroomkanalen van het instrument moeten elke 6 maanden opnieuw worden gekalibreerd met behulp van de ingebouwde digitale kalibratieprocedure. De kalibratie gebeurt volledig via software; er hoeven geen potentiometers in de kast te worden afgesteld. Een gecertificeerde digitale multimeter is vereist als referentiestandaard.
• Onderhoud van armatuurcontacten: De vierdraads Kelvin-contacten op elk armatuur moeten regelmatig worden gecontroleerd op slijtage, vervuiling of oxidatie. Een vervuild spanningsmeetcontact veroorzaakt een onjuist hoge spanningsmeting en leidt tot een onjuist capaciteitsresultaat. Reinig de contacten met isopropylalcohol en een pluisvrije doek wanneer de kast niet in bedrijf is.
• Werking van energieterugvoer: De energieterugvoerfunctie werkt automatisch wanneer een cel wordt ontladen. Er is geen tussenkomst van de operator nodig. Het rendement van energieterugwinning hangt af van het aantal cellen dat gelijktijdig wordt geladen en ontladen in alle aangesloten kasten. Het hoogste terugwinningsrendement wordt bereikt wanneer het ontlaadvermogen van deene groep cellen nauw overeenkomt met het laadvermogen dat door een andere groep wordt vereist.
• Gegevensbackup: Hoewel de lokale pc alle procesgegevens zonder verwijdering opslaat, wordt sterk aanbevolen om de MDB-resultaatbestanden en de gedetailleerde procesbestanden aan het einde van elke productiebatch naar een netwerkstation of server te back-uppen. Dit zorgt ervoor dat de gegevens toegankelijk blijven, zelfs als de harde schijf van de lokale pc defect raakt.
• Software-workflow: Maak of laad vóór het starten van een productiebatch het juiste recept in de TOB-vormingssoftware. Definieer de volgorde voor het scannen van barcodes als traceerbaarheid vereist is. Controleer of alle kanalen zijn gekalibreerd en of de limieten voor overspannings- en onderspanningsbeveiliging correct zijn ingesteld voor het celmodel dat wordt verwerkt. Gebruik na voltooiing van de batch het sorteergereedschap om cellen volgens de gekozen sorteermethode in capaciteitscategorieën te verdelen en exporteer het sorteerrapport voor de assemblage van accupakketten.

Klaar om uiterst nauwkeurige en energie-efficiënte vorming en sortering voor uw productie-lijn voor pouchcellen te implementeren? Vraag een offerte aan voor de TOB-EF256-6G of neem contact op met onze ingenieurs voor vormingssystemen om uw specifieke celtype, gewenste doorvoer en vereisten voor MES-integratie te bespreken.

tob.amy@tobmachine.com | +86 181 2071 5609

Mogelijk hebt u ook nodig

1. 5V1A laad-ontlaadmachine voor het vormen en sorteren van pouchcellen — Een kleiner laad-ontlaadsysteem met lagere stroomsterkte, ontworpen voor laboratorium- of pilotvorming en sortering van pouchcellen met lage capaciteit. Biedt vergelijkbare precisie als de TOB-EF256-6G in een tafelmodel voor R&D-batches.
2. Hete persmachine voor vorming van lithiumzakcellen — Past gecontroleerde warmte en druk toe tijdens de vormings- en ontgassingsfasen van de productie van zakcellen. De hete pers helpt om gas uit te persen, het grensvlakcontact tussen elektrode en separator te verbeteren en een uniforme SEI-laag te bereiken voordat de cellen doorgaan naar de TOB-EF256-6G voor elektrische cyclustests en classificatie.
3. Alles-in-éénmachine voor secundaire vacuümafdichting en kanten snijden van zakcellen — Een gecombineerd station dat secundaire vacuümafdichting en het bijsnijden van randen uitvoert na vorming en ontgassing. Integreert naadloos met de TOB-EF256-6G om een complete afwerkingslijn voor zakcellen te vormen, waarbij cellen worden voorbereid voor eindinspectie en verzending.