ESS-i akutootmisliinid: kiire{0}}prismaalumiiniumist-kestaga koost

Autor: Dany Huang, Ph.D.

TOB New Energy tegevjuht ning teadus- ja arendustegevuse juht

Võtke LinkedInis ühendust dr Huangiga

Kokkuvõte ja peamised väljavõtted

ESS-i poom töötab suurtel prismaatilistel LFP-elementidel-280Ah ja 300Ah, kumbki kaalub 5,4–6,0 kg ja mis peavad hoidma oma hermeetilist tihendit 15–20 aastat. Kiire kokkupanek on tolerantsi distsipliin: kas sisestusvahe, kaane keevisõmbluse läbitungimine ja PPM/saagise tasakaal võivad otsustada, kas liin teenib raha või tekitab jääke.

• Purgi sisestamise kliirens: kokku 0,3–0,8 mm, kusjuures nurganihe on alla 0,2 kraadi. 200 mm sisestussügavusel võrdub pool kaldekraadi 1,7 mm nihkega,{6}}piisab eraldaja serva voltimiseks ja isetühjenemise defekti tekitamiseks.
• Ülemine korgiga laserkeevitus: 0,76 m perimeetriline keevisõmblus 280 Ah elemendi kohta kiirusel 80–250 mm/s, läbitung 0,5–1,2 mm, heeliumi lekkekiirus on suurusjärgus 10⁻⁷ Pa·m³/s või tihedam.
• PPM ja tootlikkus: pool{0}}automaatsed liinid töötavad 2–5 osa minutis 92–95% esimese-käigu tootlikkusega; täisautomaatsed liinid töötavad 10–15 PPM 97,5–99%.
• Tootlusvahe on tegelik ROI: neli protsendipunkti 10 000 elemendi kohta päevas võrdub ligikaudu 4 miljoni USA dollariga aastas säästetud materjalina ESS-i elementide kuludega.

280Ah LFP element on 5,5 kg kaaluv surveanum, mis peab säilima kaks aastakümmet mahutis termotsüklit. See on ka kaup-, mille ostjad ostavad kWh-hinnaga ja elemendid moodustavad suurema osa kuludest. Seetõttu surutakse montaažiliinid mõlemast otsast: suurem PPM kapitali amortiseerimiseks, rangem tolerants saagikuse kaitsmiseks. Käsitsi ja poolautomaatsed{6}}liinid ei suuda mõlemat edastada. See on iga ESS-i tehase laiendamisotsuse taga olev reaalsus.

280 Ah juures võrdub üks element 0,896 kWh. 3 GWh jaam vajab umbes 3,3 miljonit elementi aastas. Töötab 300 päeva 85% liini saadavuse juures, mis töötab umbes 9–10 osa minutis. Liini kiirus ei ole eelistus. See on aritmeetiline.

Miks rikuvad 280Ah ja 300Ah elemendid tavapärast joondisaini?

Väikesed silindrilised rakud taluvad väärkohtlemist. Terasest anum on jäik, mass on väike ja klemmi geomeetria annab andeks millimeetrise nihke. Suured prismaatilised rakud seda ei tee.

• Mass ja inerts.Konveieril kiirusega liikuv 5,5 kg rakk kannab tõelist hoogu. Iga peatus kannab kineetilise energia rakku ja kinnitusse. Haaratsid vajavad mõlkide ja keevisõmbluse pinge vältimiseks jõu juhtimist ja pehmeid kontaktpatju.
• Jalajälg ja keevisõmbluse pikkus.Standardse 280 Ah elemendi mõõtmed on ligikaudu 174 × 207 × 72 mm, mis annab ühe elemendi kohta umbes 760 mm pidevat keevisõmblust. See keevisõmblus on ainus barjäär elektrolüüdi ja kahekümne aasta pikkuse ümbritseva õhuniiskuse vahel.
• Sügav sisestamine.300Ah perekond venitab purki kõrgemaks. 200 mm sisestussügavus suurendab nurgaviga selle pikkuses-, geomeetria karistab väikseid kaldeid.
• Vara kasutusea defektid.ESS-i rakke hinnatakse 6000–8000 tsükli jaoks. Eraldusvolt või osaliselt sulatatud keevisõmblus ei kuku läbi elektrilises testis. See ebaõnnestub kolmandal aastal konteineris, mille operaator peab avama ja ümber töötama.

Selle rakuklassi kiired koosteliinid ei ole suurendatud silindrilised liinid. Need on nende enda inseneridistsipliin ja kaks jaama, mis seda määratlevad, on kannu sisestamine ja ülemise korgi keevitamine.

Purgi sisestamine: esimene sallivuslõks

Elektroodikomplekt-virnastatud või keritud elektroodid, mille sakid on juba korgi klemmide külge keevitatud-, lastakse alumiiniumpurki. Sobivus on tahtlik ja tihe: elektroodisõlme ja purgi seina vaheline koguvahe on 0,3–0,8 mm, mis on 0,15–0,4 mm radiaalne vahe külje kohta.

See vahe ei jäta ruumi lohakatele juhistele, nii et automatiseeritud jaamad kasutavad kolme kaitsekihti:

• Faasitud juhtplaadid ja juhtkile.PET- või Mylar-hülss suunab koostu purgi suhu, võttes esimese kontakti, nii et eraldaja serv ei satuks. Kilet kulub lahtri või partii kohta ja see on kontrollitud kulumaterjal, mitte mugavus.
• Jõu-nihke allkirja jälgimine.Sisestusservo salvestab jõukõvera käigu suhtes. Pidev tõus eeldatava ümbriku piires on hea sisestamine. Jõutipp, platoo või järsk langus tähendab kinnikiilunud serva, volditud eraldajat või valesti joondatud sakti. Kitsa kõrvalekalderiba teraviku tuvastamine tuvastab need vead jaamas, mitte rea lõpus.
• Nurga joondamise juhtimine.Koostetelg peab jääma purgi teljest 0,2 kraadi piiresse. Üle 200 mm käigu korral tekitab 0,5-kraadine kaldenurk 1,7 mm külgsuunalise nihke purgi põhjas{5}}rohkem kui neli korda radiaalsest kliirensist. Tagajärjeks on purustatud separaatori serv, mida ükski elektrikatsetus ei märgi.

Kolmsada ampertunni vormingud lisavad teise kaalutluse: kõrgem purk tõstab kinnitusseadme virna kokkusurumise nõuet ja juhtkile tee pikeneb. Mõlemad aeglustavad jaama, kui need on mõeldud väiksema 280Ah geomeetria jaoks. Täielikult automatiseeritud prismaatilise elemendi koosteliin 280Ah ja 300Ah ESS-rakkude jaoks on määratud vormingu kohta täpselt sel põhjusel, -kasu kõrgus, sisestusjoon ja juhiku geomeetria on vorminguspetsiifilised, mitte universaalsed.

Top Cap laserkeevitus: kui hermeetilisus on otsustatud

Kork asetatakse purgile ja ühendatakse seejärel pideva laserkeevitusega kogu perimeetri ulatuses. 280 Ah elemendi jaoks, mis on ligikaudu 760 mm keevisõmblusest, teostatakse kiirusega 80–250 mm/s fiiberoplaseriga 1–3 kW. Läbitungimissihtmärk on 0,5–1,2 mm{10}}piisavalt korgi kaitsmiseks ja see võib seinale minna, ilma et see elektroodide virna sisse põleks.

Kvaliteeti reguleerivad kolm protsessi muutujat:

Keevitusrežiim ja punktvõnkumine. Alumiinium peegeldab infrapuna-lähedast valgust madala intensiivsusega, kuid kui võimsustihedus ületab läve, tekib võtmeauk. Kiire võnkumine-täpi ümmargune võnkumine sagedusel 100–300 Hz-stabiliseerib võtmeauku, laiendab sulanduvööndit ning pärsib poorsust ja kuumapragusid. Ilma võnkumiseta on alumiiniumi keevisõmbluse kvaliteet mündi ümberpööramine üle pika õmbluse.

Kaitsegaas. Argoon kiirusega 15–25 l/min, tarnitakse 30–45 kraadise otsaotsiku kaudu. Gaasikatte rikked ilmnevad tumedate, oksüdeerunud keevisõmbluste ja poorsusena. Heeliumi segusid kasutatakse seal, kus keevisõmbluse kiirus nihutab argooni katvuse piire.

Aurude ja pritsmete juhtimine. Aurustunud alumiinium ja igasugune pinnasaaste kondenseeruvad uuesti peente osakestena. Ristjoa ja koaksiaalne väljatõmme hoiavad pritsmed korgi pinnalt ja optikast eemal. Üksik juhtiv osake, mis maandub valele pinnale, muutub hiljem sisemiseks lühiseks. Väljatõmbesüsteem on osa keevitusjaama spetsifikatsioonist, mitte tarvik.

Inline monitooring sulgeb ahela. Koaksiaalprotsessi vaatlus registreerib iga keevisõmbluse soojusemissiooni signaali; kõrvalekalle võrdlusümbrikust märgistab lahtri enne selle edasiliikumist. Seejärel kontrollib lekkekatsejaam tulemust. Iga keevitatud element läbib heeliumi lekkekontrolli, mille spetsifikatsioon on suurusjärgus 10⁻⁷ Pa·m³/s või tihedam, kasutadesheeliumi lekke testimise seadmedprismaatilise raku tihendi kontrollimiseks, mis on integreeritud samasse ülekandeliini.

Arvud: pool{0}}automaatsed vs. täisautomaatsed read

Allolev PPM ja tootlikkuse võrdlus kajastab 280Ah prismakoostu kogu liini ulatuses-alates elektroodikoostu sisendist kuni tihendamise, täitmise ja lõpliku puhastamiseni. Väärtused on tüüpilised vahemikud; iga tarnija ja vorming nihutab numbreid.

Majandusteadus elab kahes viimases reas. Erinevus 95% ja 99% saagise vahel on 400 rakku 10 000 - umbes 14 000 USD materjali kohta 35 USD raku kohta. Liin, mis toodab 10 000 rakku päevas, kaotab väiksema tootluse korral täiendavalt 14 000 USD päevas. 300 tootmispäeva jooksul on see ligikaudu 4,2 miljonit USA dollarit aastas. Võrrelge seda tööjõuperioodiga: 20 operaatori asendamine 40 000 USA dollari koormusega säästab 800 000 USA dollarit aastas. Materjalijäätmete kääbuste palgaarvestus ESS-i tootmises. Tootlus on ROI.

Saagis ühendub ka ESS-i skaalal erinevalt. 280Ah element sisaldab umbes 0,9 kWh. 1% tootlikkuse vähenemine 3 GWh liinil heidab ära rakumaterjali, mille väärtus on suurem kui kogu montaažiala aastane hoolduseelarve.

Seal, kus automatiseerimine tegelikult maksab, jaamade kaupa

Täielik automatiseerimine ei tähenda käsitsi protsessi külge polditud robotitega rida. See tähendab, et iga jaam on tsükliaja järgi sobitatud ja iga ülekanne on mehhaniseeritud.

• Jõukontrolliga robotjuhtimine.Servohaaratsid tõstavad programmeeritava kinnitusjõuga 5,5 kg raskusi purgi korpuse juures ning vaakumotsaefektorid liigutavad elektroodide komplekte separaatori serva puudutamata.
• Indekseeritud või kaubaaluste teisaldamine.Fikseeritud sammuga indekseerimine ühe külmutatud vormingu jaoks; iseseisvad kaubaalused, kus jaamad töötavad erinevatel tsükliaegadel. Mõlemad kõrvaldavad kõndimise, järjekorda seadmise ja käsitsi seadistamise, mis kulutavad enamiku poolautomaatse tööjõuga.
• Puhvrid jaamade vahel.Väikesed akumulaatorid neelavad mikropeatusi, nii et 5-sekundiline luksumine keevitusjaamas ei peata tervet liini.
• Sisseehitatud kontroll pärast iga kriitilist sammu.Korgi keevisõmbluse jälgimine, heeliumi lekkekatse ja täiteava visuaalne kontroll. Defektid lükatakse tagasi jaamas, kus need tekkisid, ja neid ei avastata rea ​​lõpu testimisel.
• Rakutaseme jälgitavus.Iga raku keevisõmbluse parameetrid, sisestusjõu kõver ja lekkekiirus logitakse selle vöötkoodi alusel. Kui konteiner tuleb tagasi neljandal aastal, on tootmisrekord olemas.

Seda jaamade kaupa integreerimist pakub võtmed kätte teenusepakkuja ühtse ulatusena: kiudoptilineprismaatilise raku laserkeevitusautomaatikaülemise korgi tihend, mis on konstrueeritud koos sisestamis-, ülekandmis- ja ülevaatusjaamadega, mitte eraldi hankitud ja kohapeal liidestatud.

KKK: ESS Prismatic Cell Assembly

Millise PPM-iga peaks töötama 280Ah elementide montaažiliin?
10–15 osa minutis täisautomaatse liini jaoks, mille kiired konfiguratsioonid ulatuvad 20 PPM-ni. Poolautomaatsed liinid töötavad tavaliselt kiirusega 2–5 PPM. Nõutav PPM tuleneb otseselt siht-GWh-st: 1 GWh 280Ah juures võrdub umbes 1,1 miljoni rakuga aastas.

Millist tootlust võib oodata automatiseeritud ESS-i koosteliinilt?
97,5–99% esimese läbimise tootlikkus on saavutatav juhitud automatiseeritud liinil, võrreldes 92–95% poolautomaatsete seadmetega. Suuremahulise liini materjalikulude erinevus ulatub miljonite USA dollariteni aastas.

Mis on 280Ah prismakoostu kõige raskem protsessietapp?
Ülemine korgiga laserkeevitus on tavaliselt nii kvaliteedi kui ka läbilaskevõime kitsaskoht. 760 mm pidev keevisõmblus 0,5–1,2 mm läbilöögiga tuleb teostada mõne sekundi jooksul ilma poorsusega ja jaamatsükkel piirab tavaliselt liini PPM.

Kuidas rakkude hermeetilisust kontrollitakse?
Heeliumi lekkekatse spetsifikatsiooniga suurusjärgus 10⁻⁷ Pa·m³/s või tihedam, teostatakse inline pärast korgi keevitamist. Röntgen- või CT-proovide võtmist kasutatakse keevisõmbluse läbitungimise kontrollimiseks partiide kaupa.

Kas olemasolevat pool{0}}automaatset liini saab kõrgemale PPM-ile üle viia?
Osaliselt. Keevitusjaama, lekketesti ja jälgitavuse lisamine manuaalsele liinile suurendab saagikust, kuid käsitsi ülekandmine jääb PPM-i piiratuks. Kui kiirus on suurem kui 5 PPM, on odavam viis, mis on ehitatud ümber automaatse sisestamise ja keevitamise.

Tehniline viide, mille on koostanud TOB New Energy protsessitehnoloogia grupp prismarakkude koosteliini juurutamistest ESS-i rakuvormingute jaoks. Konkreetse 280Ah või 300Ah tootmiseesmärgi tsükliaja ja tootlikkuse mudeli saamiseks võtke LinkedInis ühendust dr Dany Huangiga või esitage elemendi spetsifikatsioon Xiameni inseneritööle.