Sistema de formação e classificação de células cilíndricas com leito de agulhas 5V6A com feedback de energia

Sistema de Formação e Classificação de Células Cilíndricas com Leito de Agulhas TOB-INVP-V5C6D6 5V6A com Retroalimentação de Energia

Visão Geral do Produto e Aplicações Ideais

O TOB-INVP-V5C6D6 é um sistema de formação e classificação de células cilíndricas com leito de agulhas de 5V6A com arquitetura de retroalimentação de energia. Ele foi projetado para a formação com controle de precisão (primeira carga), classificação de capacidade e testes elétricos de células cilíndricas de íon-lítio, combinando a precisão necessária para uma classificação confiável de células com uma redução substancial no consumo de energia em comparação com os sistemas convencionais de descarga através de resistores.

O sistema adota uma estrutura modular de dois estágios. O primeiro estágio é um módulo retificador de alta eficiência que converte a rede elétrica CA trifásica em um barramento CC regulado com um alto fator de potência (>0,99 em condições nominais) e baixa distorção de corrente (distorção harmônica total da corrente de entrada, THDI, abaixo de 5%). O segundo estágio é um banco de módulos CC independentes, cada um controlando um único canal de célula. Cada canal é alimentado por sua própria fonte de corrente constante/tensão constante, proporcionando controle independente e de alta precisão sobre cada célula em teste. Como o estágio retificador é compartilhado enquanto o estágio CC é por canal, a arquitetura oferece flexibilidade de configuração e o isolamento elétrico necessário para testes confiáveis de múltiplas células.

O mecanismo de leito de agulhas é a característica definidora do TOB-INVP-V5C6D6. Cada célula é contatada por um conjunto de sonda de três pinos com mola (componentes idênticos de três pinos nas sondas superior e inferior) com uma resistência de contato nominal não superior a 10 mΩ em uma superfície de célula limpa. O leito de agulhas é acionado por um sistema pneumático de cilindro duplo, com cada camada movendo-se independentemente, de modo que todo o banco de sondas possa ser levantado e abaixado para carregamento e descarregamento rápido das células. Este design é configurado especificamente para células cilíndricas 32600 e 32900, que são carregadas em uma bandeja de 16×16 (256 células por camada). O gabinete abriga três camadas, totalizando 768 canais por gabinete.

Durante a operação, o TOB-INVP-V5C6D6 descarrega as células através de um inversor bidirecional que retorna a energia recuperada para a rede elétrica CA da fábrica. A eficiência geral de retroalimentação de energia excede 65% em condições nominais, e a eficiência de carga excede 70%, portanto, o sistema consome aproximadamente 50% da eletricidade de um sistema convencional não regenerativo sob as mesmas condições de teste. Como a energia de descarga não é dissipada como calor dentro do laboratório, a temperatura ambiente da área de produção é reduzida em 5–15 °C, reduzindo ainda mais a carga no sistema de ar-condicionado da instalação.

Ideal para:

• Fabricantes de células cilíndricas de íon-lítio que realizam formação, classificação e testes elétricos de células 32600 e 32900 em produção de alto volume.
• Plantas de armazenamento de energia e baterias de VE que precisam minimizar o custo de eletricidade e a carga térmica associada à etapa de formação e classificação.
• Linhas de produção piloto e de pequena escala que precisam de um sistema modular de alta contagem de canais com controle independente por canal e programação de processo flexível.
• Departamentos de controle de qualidade que exigem rastreabilidade total, integração de código de barras e uma lógica documentada de proteção e alarme para operação de longa duração sem supervisão.

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Onde a Formação e a Classificação se Encaixam na Produção de Células Cilíndricas

Na cadeia de fabricação de uma célula cilíndrica de íon-lítio, a etapa de formação e classificação ocorre após a montagem da célula (enrolamento, inserção na lata, soldagem de abas, enchimento de eletrólito e vedação da tampa) e antes que a célula acabada seja classificada em pacotes ou enviada. A sequência é:

• Montagem da célula – O rolo (jellyroll) é inserido na lata de aço, as abas são soldadas, o eletrólito é preenchido e a tampa é cravada.
• Formação (o papel do TOB-INVP-V5C6D6) – A primeira carga é aplicada sob um perfil de corrente/tensão precisamente programado, formando a interface de eletrólito sólido (SEI) no ânodo e ativando a química da célula.
• Classificação – A célula é descarregada e recarregada para medir sua capacidade real, energia e resistência interna. As células são então classificadas em compartimentos de capacidade.
• Inspeção final e embalagem – Verificação de OCV, inspeção visual e embalagem.

O TOB-INVP-V5C6D6 realiza tanto a formação quanto a classificação em um único ciclo de manuseio: a célula é colocada no leito de agulhas uma vez e permanece lá durante toda a sequência programada. A bandeja de 256 células é carregada em cada camada, o mecanismo de cilindro duplo abaixa o leito de agulhas sobre as células, e o processo é executado sem supervisão sob a lógica de proteção e monitoramento descrita abaixo.

Como cada um dos 768 canais é controlado e monitorado de forma independente, uma única célula que desenvolve uma anomalia não afeta o restante do lote. Os parâmetros de proteção do canal — definidos individualmente para cada tipo de etapa (carga CC, carga CV, descarga CC, repouso) — encerram o teste daquela célula enquanto os canais restantes continuam seu programa.

Como funciona o Sistema de Formação e Classificação com Retroalimentação de Energia

O TOB-INVP-V5C6D6 usa uma arquitetura de energia de dois estágios e um inversor bidirecional para recuperar a energia liberada durante a descarga da célula.

• Fluxo de energia durante a carga: A rede elétrica CA trifásica (380 V ± 15%, 50 Hz ± 10%) entra no estágio retificador, que a converte em um barramento CC regulado com um fator de potência acima de 0,99 e uma distorção harmônica total da corrente de entrada abaixo de 5%. O módulo CC de cada canal retira energia deste barramento e regula a corrente de carga para a célula sob controle de corrente constante ou tensão constante. A eficiência de carga excede 70% (medida na rede CA de 380 V com a bateria totalmente carregada durante a descarga). A energia disponível para carga é retirada da rede mais a energia recuperada das células que estão descarregando simultaneamente.
• Fluxo de energia durante a descarga: Quando uma célula é descarregada, o módulo CC por canal primeiro aumenta a tensão da célula para o barramento CC interno. O inversor bidirecional então converte essa energia CC em CA, sincroniza-a com a rede elétrica da fábrica e a retroalimenta na rede de distribuição CA local. A energia recuperada é consumida preferencialmente por outros equipamentos no mesmo barramento — incluindo células que estão carregando em outros canais — e qualquer excedente é retornado para a rede mais ampla. A eficiência geral de retroalimentação de energia excede 65% em condições nominais (medida na rede CA de 380 V com a bateria totalmente carregada durante a descarga).
• Processamento de sinal digital distribuído: O sistema processa todos os sinais de medição e controle no nível de hardware mais baixo, em vez de transmitir sinais analógicos brutos por longos cabos. A corrente e a tensão de cada canal são digitalizadas localmente e transmitidas como dados digitais para o controlador central. Esta arquitetura distribuída minimiza a interferência eletromagnética e melhora significativamente a precisão de amostragem e controle.
• Controle DSP industrial: Um DSP de alto desempenho de grau industrial serve como o chip de controle principal, fornecendo o poder de processamento e a confiabilidade necessários para um sistema de 768 canais operando sem supervisão por longos períodos. O DSP coordena os módulos CC por canal, o estágio retificador, o inversor bidirecional, os atuadores pneumáticos do leito de agulhas e a comunicação com o computador host.

Principais Capacidades do Sistema

1. Arquitetura Modular de Dois Estágios com Controle de Canal Independente - O estágio retificador (compartilhado) e o estágio do módulo CC (por canal) separam as funções de conversão de CA para CC em massa da regulação de corrente/tensão por célula. Este design proporciona alta eficiência do retificador, baixa distorção da corrente de entrada e controle independente de alta precisão de cada canal. Uma falha em um módulo CC não afeta os outros.
2. Economia de energia significativa e menor carga térmica na fábrica - Sob as mesmas condições, o consumo de energia do TOB-INVP-V5C6D6 é de 50% do de um sistema convencional, e a temperatura ambiente da área de produção pode ser reduzida em 5–15 °C. Ambos os números são consequências diretas do caminho de descarga com realimentação de energia: em vez de dissipar a energia de descarga como calor em um banco de resistores, o inversor a devolve para a rede. A temperatura ambiente mais baixa também reduz a carga no sistema de ar condicionado da instalação, criando uma economia de energia composta.
3. Baixos Harmônicos de Rede (THDI - O estágio retificador é projetado para consumir corrente com uma distorção harmônica total abaixo de 5%, muito melhor do que a distorção produzida por retificadores de carga convencionais baseados em tiristores. Isso reduz a interferência com outros equipamentos na rede da fábrica e pode evitar a necessidade de filtros harmônicos externos.
4. Proteção de Software e Hardware de Nível Múltiplo - Parâmetros e métodos de proteção separados podem ser configurados para cada tipo de etapa (carga CC, carga CV, descarga CC, repouso, etc.). Se qualquer anomalia ocorrer durante o teste, o canal afetado é encerrado prontamente. Uma ampla gama de funções de proteção é fornecida: limite excedido de tensão/frequência da rede, conexão reversa da bateria, limites superior e inferior de tensão/corrente, limites de capacidade, monitoramento de temperatura, detecção de posição da bandeja, pressão de ar anormal, alarme de fumaça e um botão de parada de emergência. Várias dessas proteções acionam a abertura automática da base de agulhas e pausam a execução; o sistema pode então retomar a partir do ponto de interrupção sem reiniciar todo o processo.
5. 768 Canais por Gabinete (3 Camadas × 256 Canais) - Cada gabinete abriga três camadas de base de agulhas, cada uma acomodando uma bandeja de células 16×16 (256 células), totalizando 768 canais por gabinete. Um computador host pode controlar até seis gabinetes.
6. Operação Sem Supervisão com Monitoramento Abrangente - O sistema é projetado para operação de longa duração sem supervisão. O monitoramento de temperatura é fornecido em até 8 pontos de detecção por camada; se for detectada sobretemperatura, a base de agulhas abre automaticamente e a execução pausa, com a temperatura amostrada e registrada na interface de operação. A interrupção da comunicação por mais de 1 minuto pausa automaticamente os canais, e o processo é retomado assim que a comunicação é restaurada.
7. Programação Flexível de Processos e Condições de Classificação - O software de controle suporta etapas de carga CC, carga CV, carga CC-CV, descarga CC e repouso, com até 5000 ciclos. As condições de classificação podem ser baseadas em capacidade (capacidade de terminação de etapa, capacidade de plataforma), tempo (tempo de terminação de etapa, tempo de plataforma), tensão (tensão atual, tensão de fim de etapa) ou MPV. Condições de classificação personalizadas podem ser adicionadas mediante solicitação.
8. Rastreabilidade Total com Integração de Código de Barras e Banco de Dados Local - Os dados necessários são gravados em um banco de dados local; combinado com a função de entrada de código de barras, o histórico de cada célula pode ser rastreado. Cada canal retém os 5 registros de teste mais recentes, e a função de leitura de código de barras permite a recuperação direta dos dados históricos para um determinado código de barras. Os dados podem ser exportados no formato Excel.
9. Função de Pré-Teste (Verificação de Contato) - O operador pode definir parâmetros de corrente de carga e tempo para realizar um teste de contato da base de agulhas antes que o processo principal comece. Se o número de canais com contato ruim exceder um limite definido pelo usuário, a base de agulhas levanta automaticamente e a execução não prossegue; caso contrário, o processo normal começa. Esta função evita o desperdício de uma execução de formação completa causada por um ou mais canais com contato de sonda ruim.
10. Continuação após Queda de Energia - Se o computador ou o equipamento perder energia repentinamente, o sistema pode retomar manualmente o processo a partir do estado no momento da perda de energia quando o equipamento for iniciado novamente, evitando a perda de um lote em andamento.

Especificações Técnicas Completas

Configuração do Produto

Documentação técnica e idioma do software: chinês e inglês (extensível); identificação externa da máquina em chinês e inglês (extensível).

Volume e Peso

Ruído, Relâmpago e Classe de Proteção

Conformidade de Segurança

Método de resfriamento: Resfriamento por ar forçado; 9 ventoinhas por camada; o ar é extraído pela parte superior.

Características Elétricas

Parâmetros Elétricos Básicos

Parâmetros de precisão

Sondas e bandeja

Condições ambientais

Funções e lógica de proteção

Capacidades funcionais básicas

Recomendações Práticas de Operação e Manutenção

• Alinhamento da bandeja e da sonda: Certifique-se de que a bandeja 16×16 esteja corretamente assentada e alinhada com o leito de agulhas antes de baixar. Os conjuntos de sondas de três pinos devem estar limpos e livres de óxido ou óleo; a resistência de contato nominal de 10 mΩ só é alcançável em uma superfície de célula limpa. Inspecione e limpe periodicamente as pontas das sondas.
• Suprimento de ar comprimido: O mecanismo de leito de agulhas de cilindro duplo requer um suprimento de ar comprimido de pelo menos 0,5 MPa. Um suprimento limpo, seco e regulado é essencial para o movimento consistente do leito de agulhas. Verifique a pressão do ar diariamente e certifique-se de que a proteção contra pressão de ar anormal esteja ativada.
• Conexão à rede: O sistema consome 380 V CA trifásico (5 fios) e é sensível à tensão e frequência da rede. Verifique se o suprimento da rede está dentro das faixas especificadas de ±15 % de tensão e ±10 % de frequência. A lógica de proteção do sistema bloqueia o inversor se a rede exceder esses limites; uma reinicialização após desligamento é então necessária.
• Ambiente: O ambiente operacional especificado é 23 ± 5 °C, 30–75 % UR e 750 ± 30 mmHg de pressão atmosférica. Mantenha o gabinete em uma área bem ventilada; o sistema de resfriamento por ar forçado retira o ar pela parte superior, portanto, o espaço acima do gabinete deve ser mantido livre.
• Calibração: O ciclo de calibração de corrente e tensão é de 6 meses cada. A calibração é realizada via software; um medidor de referência certificado é necessário. Mantenha os registros de calibração para fins de auditoria.
• Backup de dados: Embora cada canal retenha os 5 registros de teste mais recentes e o banco de dados local armazene os dados de rastreabilidade necessários, recomenda-se fazer backup do banco de dados e dos resultados exportados em Excel para uma unidade de rede ou servidor ao final de cada turno de produção.
• Procedimentos de emergência: Familiarize todos os operadores com o botão de parada de emergência. Em caso de alarme de fumaça, o leito de agulhas abre automaticamente e a execução pausa; a área afetada deve ser inspecionada antes de retomar.

Perguntas Frequentes de Engenharia

P1: Qual é a diferença entre a arquitetura de "retroalimentação de energia" do TOB-INVP-V5C6D6 e um gabinete de formação convencional?

Em um gabinete convencional, a energia liberada durante a descarga da célula é dissipada como calor em um banco de resistores. Isso não apenas desperdiça a energia, mas também aquece a área de produção, aumentando a carga no sistema de ar-condicionado. O TOB-INVP-V5C6D6, em vez disso, direciona a energia de descarga através de um inversor bidirecional de volta para a rede CA da fábrica, onde é consumida por outras cargas. Essa arquitetura reduz o consumo de eletricidade para 50 % de um sistema convencional e reduz a temperatura ambiente em 5–15 °C nas mesmas condições.

P2: Quantas células um gabinete pode processar por ciclo e quantos gabinetes um computador pode controlar?

Cada gabinete contém 3 camadas × 256 canais = 768 canais, portanto, 768 células podem ser processadas simultaneamente. Um computador host pode controlar até 6 gabinetes, proporcionando uma capacidade de 4.608 canais por computador. A configuração recomendada depende da largura de banda de comunicação de dados e da complexidade dos programas de processo.

P3: Quais tipos de células o TOB-INVP-V5C6D6 pode testar?

A configuração padrão é dedicada a células cilíndricas 32600 e 32900, usando uma bandeja 16×16 com espaçamento de canal de 45 × 45 mm. A configuração do leito de agulhas, bandeja e sonda é feita de acordo com o desenho oficial do cliente. Outros formatos cilíndricos podem ser acomodados fornecendo a bandeja e a ferramenta de sonda correspondentes; entre em contato com a TOB com o desenho da sua célula.

P4: Como funciona a função de pré-teste (verificação de contato) e por que ela é importante?

Antes do início do processo principal de formação, o operador pode configurar uma carga curta com uma corrente e tempo definidos. O sistema mede o contato de cada canal durante este pré-teste. Se o número de canais com contato ruim (alta resistência) exceder um limite superior definido pelo usuário, o leito de agulhas levanta automaticamente e a execução não começa. Isso evita uma situação em que um lote completo de formação seja arruinado por uma única bandeja com células desalinhadas ou sondas sujas — um erro caro que, de outra forma, só seria descoberto após o processo ter funcionado por horas.

P5: O que acontece se a comunicação entre o computador host e o gabinete for interrompida durante uma execução?

Se a interrupção da comunicação durar mais de 1 minuto, os canais pausam automaticamente. Uma vez restaurada a comunicação, o processo atual pode ser continuado a partir do ponto de interrupção. No caso de uma perda total de energia, a função de continuação após queda de energia permite que o operador retome manualmente o processo a partir do estado no momento da perda de energia quando o equipamento for iniciado na próxima vez.

P6: Como o monitoramento de temperatura é distribuído e o que ele protege?

Cada camada do leito de agulhas pode ser configurada com até 8 pontos de detecção de temperatura. Durante a operação, a temperatura é amostrada periodicamente, exibida na interface de operação e registrada automaticamente. Se for detectada sobretemperatura, o leito de agulhas abre automaticamente e a execução pausa. Isso protege tanto as células (que poderiam ser danificadas por temperatura excessiva durante a formação) quanto o equipamento (sondas, módulos e fiação). A execução pode ser retomada a partir do ponto de interrupção sem reiniciar todo o processo.

Pronto para reduzir o custo de eletricidade e a carga térmica da sua operação de formação e classificação de células cilíndricas enquanto ganha 768 canais de controle independente de alta precisão? Solicite um orçamento para o TOB-INVP-V5C6D6, especificando seu modelo de célula, desenho da bandeja e configuração do computador host. Nossos engenheiros de sistemas de formação podem fornecer uma proposta técnica e uma estimativa de economia de energia com base no seu perfil de produção.

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

Você também pode precisar

1. Máquina de prensagem a quente para formação de células tipo bolsa de lítio — Aplica calor e pressão controlados durante a formação da célula tipo bolsa para melhorar o contato interfacial entre o eletrodo e o separador, expelir gases e estabilizar a camada SEI. Complementa a TOB-INVP-V5C6D6 preparando células com interfaces consistentes e de alta qualidade antes da formação elétrica e classificação.
2. Máquina de formação por pressão negativa para células prismáticas — Um sistema de formação dedicado para células prismáticas que opera sob pressão negativa para suprimir o inchaço por gás durante a formação da SEI. Estende a capacidade de formação de alta precisão e eficiência energética da TOB-INVP-V5C6D6 para formatos prismáticos com requisitos mais rigorosos de gerenciamento de gás.
3. Máquina de formação e classificação de células cilíndricas 5V1A — Um sistema compacto de formação e classificação de corrente mais baixa para células cilíndricas. Ideal para testes em escala laboratorial ou de pequenos lotes onde a alta contagem de canais e a arquitetura de feedback de energia da TOB-INVP-V5C6D6 não são necessárias.