Sistema di formazione e classificazione per celle cilindriche a letto d'aghi 5V6A con recupero di energia

Sistema di formazione e classificazione per celle cilindriche a letto d'aghi TOB-INVP-V5C6D6 5V6A con recupero energetico

Panoramica del prodotto e applicazioni ideali

Il TOB-INVP-V5C6D6 è un sistema di formazione e classificazione per celle cilindriche a letto d'aghi da 5V6A con architettura a recupero energetico. È progettato per la formazione a controllo di precisione (prima carica), la classificazione della capacità e il test elettrico di celle cilindriche agli ioni di litio, combinando l'accuratezza richiesta per un'affidabile classificazione delle celle con una sostanziale riduzione del consumo energetico rispetto ai sistemi convenzionali a scarica su resistenza.

Il sistema adotta una struttura modulare a due stadi. Il primo stadio è un modulo raddrizzatore ad alta efficienza che converte la rete CA trifase in un bus CC regolato con un elevato fattore di potenza (>0,99 in condizioni nominali) e una bassa distorsione di corrente (distorsione armonica totale della corrente di ingresso, THDI, inferiore al 5%). Il secondo stadio è un banco di moduli CC indipendenti, ognuno dei quali controlla un singolo canale cella. Ogni canale è alimentato dalla propria sorgente a corrente costante/tensione costante, offrendo un controllo indipendente e ad alta precisione su ogni cella in test. Poiché lo stadio raddrizzatore è condiviso mentre lo stadio CC è per canale, l'architettura fornisce sia flessibilità di configurazione che l'isolamento elettrico necessario per test affidabili su più celle.

Il meccanismo a letto d'aghi è la caratteristica distintiva del TOB-INVP-V5C6D6. Ogni cella viene contattata da un gruppo sonda a tre pin caricato a molla (componenti identici a tre pin sia sulla sonda superiore che su quella inferiore) con una resistenza di contatto nominale non superiore a 10 mΩ su una superficie della cella pulita. Il letto d'aghi è azionato da un sistema pneumatico a doppio cilindro, con ogni strato che si muove indipendentemente, in modo che l'intero banco di sonde possa essere sollevato e abbassato per un rapido carico e scarico delle celle. Questo design è configurato specificamente per celle cilindriche 32600 e 32900, che vengono caricate in un vassoio 16×16 (256 celle per strato). L'armadio ospita tre strati, offrendo 768 canali per armadio.

Durante il funzionamento, il TOB-INVP-V5C6D6 scarica le celle attraverso un inverter bidirezionale che restituisce l'energia recuperata alla rete CA della fabbrica. L'efficienza complessiva del recupero energetico supera il 65% in condizioni nominali e l'efficienza di carica supera il 70%, quindi il sistema consuma circa il 50% dell'elettricità di un sistema convenzionale non rigenerativo nelle stesse condizioni di test. Poiché la potenza di scarica non viene dissipata come calore all'interno del laboratorio, la temperatura ambiente dell'area di produzione viene ridotta di 5–15 °C, riducendo ulteriormente il carico sul sistema di condizionamento dell'aria della struttura.

Ideale per:

• Produttori di celle cilindriche agli ioni di litio che eseguono formazione, classificazione e test elettrici di celle 32600 e 32900 in produzione ad alto volume.
• Impianti di stoccaggio energetico e batterie per veicoli elettrici che devono ridurre al minimo il costo dell'elettricità e il carico termico associato alla fase di formazione e classificazione.
• Linee di produzione pilota e su piccola scala che necessitano di un sistema modulare ad alto numero di canali con controllo indipendente per canale e programmazione flessibile dei processi.
• Dipartimenti di controllo qualità che richiedono piena tracciabilità, integrazione di codici a barre e una logica documentata di protezione e allarme per il funzionamento incustodito a lunga durata.

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Dove si collocano la formazione e la classificazione nella produzione di celle cilindriche

Nella catena di produzione di una cella cilindrica agli ioni di litio, la fase di formazione e classificazione avviene dopo l'assemblaggio della cella (avvolgimento, inserimento nel contenitore, saldatura delle linguette, riempimento dell'elettrolita e sigillatura del tappo) e prima che la cella finita venga smistata in pacchi o spedita. La sequenza è:

• Assemblaggio della cella – Il jellyroll viene inserito nel contenitore d'acciaio, le linguette vengono saldate, l'elettrolita viene riempito e il tappo viene aggraffato.
• Formazione (il ruolo del TOB-INVP-V5C6D6) – La prima carica viene applicata secondo un profilo di corrente/tensione programmato con precisione, formando l'interfase solido-elettrolita (SEI) sull'anodo e attivando la chimica della cella.
• Classificazione – La cella viene scaricata e ricaricata per misurarne la capacità effettiva, l'energia e la resistenza interna. Le celle vengono quindi smistate in classi di capacità.
• Ispezione finale e imballaggio – Controllo OCV, ispezione visiva e imballaggio.

Il TOB-INVP-V5C6D6 esegue sia la formazione che la classificazione in un unico ciclo di movimentazione: la cella viene posizionata nel letto d'aghi una volta e vi rimane per l'intera sequenza programmata. Il vassoio da 256 celle viene caricato in ogni strato, il meccanismo a doppio cilindro abbassa il letto d'aghi sulle celle e il processo viene eseguito senza supervisione sotto la logica di protezione e monitoraggio descritta di seguito.

Poiché ognuno dei 768 canali è controllato e monitorato in modo indipendente, una singola cella che sviluppa un'anomalia non influisce sul resto del lotto. I parametri di protezione del canale, impostati individualmente per ogni tipo di passaggio (carica CC, carica CV, scarica CC, riposo), terminano il test di quella cella mentre i canali rimanenti continuano il loro programma.

Come funziona il sistema di formazione e classificazione a recupero energetico

Il TOB-INVP-V5C6D6 utilizza un'architettura di potenza a due stadi e un inverter bidirezionale per recuperare l'energia rilasciata durante la scarica della cella.

• Flusso di potenza durante la carica: La rete CA trifase (380 V ± 15 %, 50 Hz ± 10 %) entra nello stadio raddrizzatore, che la converte in un bus CC regolato con un fattore di potenza superiore a 0,99 e una distorsione armonica totale della corrente di ingresso inferiore al 5%. Il modulo CC di ogni canale attinge da questo bus e regola la corrente di carica alla cella sotto controllo a corrente costante o tensione costante. L'efficienza di carica supera il 70% (misurata alla rete CA a 380 V con la batteria completamente carica durante la scarica). L'energia disponibile per la carica viene prelevata dalla rete più l'energia recuperata dalle celle che si stanno scaricando simultaneamente.
• Flusso di potenza durante la scarica: Quando una cella viene scaricata, il modulo CC per canale aumenta prima la tensione della cella sul bus CC interno. L'inverter bidirezionale converte quindi questa energia CC in CA, la sincronizza con la rete di fabbrica e la immette nuovamente nella rete di distribuzione CA locale. L'energia recuperata viene preferenzialmente consumata da altre apparecchiature sullo stesso bus, incluse le celle che si stanno caricando in altri canali, e qualsiasi surplus viene restituito alla rete più ampia. L'efficienza complessiva del recupero energetico supera il 65% in condizioni nominali (misurata alla rete CA a 380 V con la batteria completamente carica durante la scarica).
• Elaborazione digitale del segnale distribuita: Il sistema elabora tutti i segnali di misurazione e controllo al livello hardware più basso invece di trasmettere segnali analogici grezzi su lunghi percorsi di cavi. La corrente e la tensione di ogni canale vengono digitalizzate localmente e trasmesse come dati digitali al controller centrale. Questa architettura distribuita riduce al minimo le interferenze elettromagnetiche e migliora significativamente la precisione di campionamento e controllo.
• Controllo DSP industriale: Un DSP ad alte prestazioni di grado industriale funge da chip di controllo principale, fornendo la potenza di elaborazione e l'affidabilità richieste per un sistema a 768 canali che funziona senza supervisione per lunghi periodi. Il DSP coordina i moduli CC per canale, lo stadio raddrizzatore, l'inverter bidirezionale, gli attuatori pneumatici del letto d'aghi e la comunicazione con il computer host.

Principali capacità del sistema

1. Architettura modulare a due stadi con controllo indipendente dei canali - Lo stadio raddrizzatore (condiviso) e lo stadio del modulo CC (per canale) separano le funzioni di conversione bulk da CA a CC dalla regolazione di corrente/tensione per cella. Questo design offre un'elevata efficienza del raddrizzatore, una bassa distorsione della corrente di ingresso e un controllo indipendente ad alta precisione di ogni canale. Un guasto in un modulo CC non influisce sugli altri.
2. Significativi risparmi energetici e minor carico termico in fabbrica - Nelle stesse condizioni, il consumo energetico del TOB-INVP-V5C6D6 è pari al 50% di quello di un sistema convenzionale e la temperatura ambiente dell'area di produzione può essere ridotta di 5–15 °C. Entrambi i dati sono conseguenze dirette del percorso di scarica a recupero energetico: invece di dissipare l'energia di scarica sotto forma di calore in un banco di resistenze, l'inverter la restituisce alla rete. Una temperatura ambiente più bassa riduce anche il carico sul sistema di condizionamento dell'aria della struttura, creando un risparmio energetico composto.
3. Basse armoniche di rete (THDI - Lo stadio raddrizzatore è progettato per assorbire corrente con una distorsione armonica totale inferiore al 5%, decisamente migliore rispetto alla distorsione prodotta dai convenzionali raddrizzatori di carica a tiristori. Ciò riduce le interferenze con altre apparecchiature sulla rete di fabbrica e può evitare la necessità di filtri armonici esterni.
4. Protezione software e hardware multilivello - È possibile configurare parametri e metodi di protezione separati per ogni tipo di fase (carica CC, carica CV, scarica CC, riposo, ecc.). Se si verifica un'anomalia durante il test, il canale interessato viene terminato tempestivamente. Viene fornita un'ampia gamma di funzioni di protezione: superamento dei limiti di tensione/frequenza di rete, inversione di polarità della batteria, limiti superiori e inferiori di tensione/corrente, limiti di capacità, monitoraggio della temperatura, rilevamento della posizione del vassoio, pressione dell'aria anomala, allarme fumo e un pulsante di arresto di emergenza. Diverse di queste protezioni attivano l'apertura automatica del letto di aghi e mettono in pausa l'esecuzione; il sistema può quindi riprendere dal punto di interruzione senza riavviare l'intero processo.
5. 768 canali per armadio (3 strati × 256 canali) - Ogni armadio ospita tre strati di letti di aghi, ognuno dei quali accoglie un vassoio per celle 16×16 (256 celle), per un totale di 768 canali per armadio. Un computer host può controllare fino a sei armadi.
6. Funzionamento non presidiato con monitoraggio completo - Il sistema è progettato per un funzionamento prolungato e non presidiato. Il monitoraggio della temperatura è previsto fino a 8 punti di rilevamento per strato; se viene rilevata una sovratemperatura, il letto di aghi si apre automaticamente e l'esecuzione va in pausa, con la temperatura campionata e registrata nell'interfaccia operativa. L'interruzione della comunicazione per più di 1 minuto mette automaticamente in pausa i canali e il processo riprende una volta ripristinata la comunicazione.
7. Programmazione flessibile del processo e condizioni di classificazione - Il software di controllo supporta fasi di carica CC, carica CV, carica CC-CV, scarica CC e riposo, con un massimo di 5000 cicli. Le condizioni di classificazione possono basarsi sulla capacità (capacità di terminazione fase, capacità piattaforma), sul tempo (tempo di terminazione fase, tempo piattaforma), sulla tensione (tensione corrente, tensione di fine fase) o su MPV. Condizioni di classificazione personalizzate possono essere aggiunte su richiesta.
8. Tracciabilità completa con integrazione di codici a barre e database locale - I dati necessari vengono scritti in un database locale; combinato con la funzione di input del codice a barre, è possibile tracciare la storia di ogni cella. Ogni canale conserva gli ultimi 5 record di test e la funzione di scansione del codice a barre consente il recupero diretto dei dati storici per un determinato codice a barre. I dati possono essere esportati in formato Excel.
9. Funzione di pre-test (controllo contatto) - L'operatore può impostare i parametri di corrente e tempo di carica per eseguire un test di contatto del letto di aghi prima dell'inizio del processo principale. Se il numero di canali con scarso contatto supera un limite impostato dall'utente, il letto di aghi si solleva automaticamente e l'esecuzione non procede; in caso contrario, inizia il processo normale. Questa funzione previene lo spreco di un intero ciclo di formazione causato da uno o più canali con scarso contatto della sonda.
10. Continuazione dopo interruzione di corrente - Se il computer o l'apparecchiatura perdono improvvisamente alimentazione, il sistema può riprendere manualmente il processo dallo stato in cui si trovava al momento della perdita di alimentazione al successivo avvio dell'apparecchiatura, evitando la perdita di un lotto in corso.

Specifiche tecniche complete

Configurazione del prodotto

Documentazione tecnica e lingua del software: cinese e inglese (estensibile); identificazione esterna della macchina in cinese e inglese (estensibile).

Volume e peso

Rumore, fulmini e classe di protezione

Conformità di sicurezza

Metodo di raffreddamento: raffreddamento ad aria forzata; 9 ventole per strato; l'aria viene estratta dall'alto.

Caratteristiche elettriche

Parametri elettrici di base

Parametri di precisione

Sonde e vassoio

Condizioni ambientali

Funzioni e logica di protezione

Funzionalità di base

Raccomandazioni pratiche per l'uso e la manutenzione

• Allineamento vassoio e sonda: assicurarsi che il vassoio 16×16 sia posizionato correttamente e allineato con il letto d'aghi prima di abbassarlo. I gruppi sonda a tre pin devono essere puliti e privi di ossido o olio; la resistenza di contatto nominale di 10 mΩ è raggiungibile solo su una superficie della cella pulita. Ispezionare e pulire periodicamente le punte delle sonde.
• Alimentazione aria compressa: il meccanismo del letto d'aghi a doppio cilindro richiede un'alimentazione di aria compressa di almeno 0,5 MPa. Un'alimentazione pulita, asciutta e regolata è essenziale per un movimento costante del letto d'aghi. Controllare quotidianamente la pressione dell'aria e assicurarsi che la protezione per pressione dell'aria anomala sia abilitata.
• Collegamento alla rete: il sistema assorbe 380 V AC trifase (5 fili) ed è sensibile alla tensione e alla frequenza di rete. Verificare che l'alimentazione di rete rientri negli intervalli specificati di ±15 % per la tensione e ±10 % per la frequenza. La logica di protezione del sistema blocca l'inverter se la rete supera questi limiti; è quindi necessario un riavvio dopo lo spegnimento.
• Ambiente circostante: l'ambiente operativo specificato è 23 ± 5 °C, 30–75 % UR e 750 ± 30 mmHg di pressione atmosferica. Mantenere l'armadio in un'area ben ventilata; il sistema di raffreddamento ad aria forzata estrae l'aria dall'alto, quindi lo spazio sopra l'armadio deve essere mantenuto libero.
• Calibrazione: il ciclo di calibrazione di corrente e tensione è di 6 mesi ciascuno. La calibrazione viene eseguita tramite software; è necessario un misuratore di riferimento certificato. Conservare i record di calibrazione per scopi di audit.
• Backup dei dati: sebbene ogni canale conservi gli ultimi 5 record di test e il database locale memorizzi i dati di tracciabilità necessari, si consiglia di eseguire il backup del database e dei risultati esportati in Excel su un'unità di rete o un server alla fine di ogni turno di produzione.
• Procedure di emergenza: familiarizzare tutti gli operatori con il pulsante di arresto di emergenza. In caso di allarme fumo, il letto d'aghi si apre automaticamente e l'esecuzione si mette in pausa; l'area interessata deve essere ispezionata prima di riprendere.

FAQ ingegneristiche

Q1: Qual è la differenza tra l'architettura a "feedback energetico" del TOB-INVP-V5C6D6 e un armadio di formazione convenzionale?

In un armadio convenzionale, l'energia rilasciata durante la scarica della cella viene dissipata come calore in un banco di resistenze. Questo non solo spreca energia, ma riscalda anche l'area di produzione, aumentando il carico sul sistema di condizionamento. Il TOB-INVP-V5C6D6 instrada invece l'energia di scarica attraverso un inverter bidirezionale verso la rete elettrica CA della fabbrica, dove viene consumata da altri carichi. Questa architettura riduce il consumo di elettricità al 50 % rispetto a un sistema convenzionale e abbassa la temperatura ambiente di 5–15 °C a parità di condizioni.

Q2: Quante celle può elaborare un armadio per ciclo e quanti armadi può controllare un computer?

Ogni armadio contiene 3 strati × 256 canali = 768 canali, quindi è possibile elaborare 768 celle contemporaneamente. Un computer host può controllare fino a 6 armadi, offrendo una capacità di singolo computer di 4.608 canali. La configurazione consigliata dipende dalla larghezza di banda della comunicazione dati e dalla complessità dei programmi di processo.

Q3: Quali tipi di celle può testare il TOB-INVP-V5C6D6?

La configurazione standard è dedicata alle celle cilindriche 32600 e 32900, utilizzando un vassoio 16×16 con spaziatura dei canali di 45 × 45 mm. Il letto d'aghi, il vassoio e la configurazione della sonda sono attrezzati secondo il disegno ufficiale del cliente. Altri formati cilindrici possono essere alloggiati fornendo il vassoio e l'attrezzatura della sonda corrispondenti; contattare TOB con il disegno della propria cella.

Q4: Come funziona la funzione di pre-test (controllo contatto) e perché è importante?

Prima dell'inizio del processo di formazione principale, l'operatore può configurare una breve carica con una corrente e un tempo definiti. Il sistema misura il contatto di ogni canale durante questo pre-test. Se il numero di canali con scarso contatto (alta resistenza) supera un limite massimo impostato dall'utente, il letto d'aghi si solleva automaticamente e l'esecuzione non inizia. Ciò impedisce una situazione in cui un intero lotto di formazione viene rovinato da un singolo vassoio con celle disallineate o sonde sporche: un errore costoso che altrimenti verrebbe scoperto solo dopo che il processo è rimasto in funzione per ore.

Q5: Cosa succede se la comunicazione tra il computer host e l'armadio viene interrotta durante un'esecuzione?

Se l'interruzione della comunicazione dura più di 1 minuto, i canali si mettono automaticamente in pausa. Una volta ripristinata la comunicazione, il processo corrente può essere continuato dal punto di interruzione. In caso di interruzione totale dell'alimentazione, la funzione di ripresa dopo interruzione di corrente consente all'operatore di riprendere manualmente il processo dallo stato al momento dell'interruzione di corrente al riavvio successivo dell'apparecchiatura.

Q6: Come viene distribuito il monitoraggio della temperatura e cosa protegge?

Ogni strato del letto d'aghi può essere configurato con un massimo di 8 punti di rilevamento della temperatura. Durante il funzionamento, la temperatura viene campionata periodicamente, visualizzata sull'interfaccia operativa e registrata automaticamente. Se viene rilevata una sovratemperatura, il letto d'aghi si apre automaticamente e l'esecuzione si mette in pausa. Questo protegge sia le celle (che potrebbero essere danneggiate da una temperatura eccessiva durante la formazione) che l'apparecchiatura (sonde, moduli e cablaggio). L'esecuzione può essere ripresa dal punto di interruzione senza riavviare l'intero processo.

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