Sistema de formação e classificação de baterias com retroalimentação de energia | TOB-EF256-6G

Sistema Automático de Formação e Classificação com Feedback de Energia TOB-EF256-6G para Células Tipo Bolsa

Visão Geral do Produto e Aplicações Ideais

O TOB-EF256-6G é um sistema automático de formação e classificação desenvolvido especificamente para células de íons de lítio tipo bolsa recarregáveis. Ele combina 256 canais de teste independentes — cada um capaz de carregar e descarregar a até 6 A dentro de uma faixa de tensão de 0–5 V — com uma arquitetura de alimentação bidirecional CA-CC/CC-CA com feedback de energia, que direciona a energia descarregada das células de volta para a rede elétrica CA da fábrica em vez de dissipá-la como calor. Esse projeto proporciona simultaneamente ciclagem eletroquímica de alta precisão e uma redução significativa no consumo de energia elétrica de uma linha de produção de baterias.

Cada canal do TOB-EF256-6G utiliza um esquema real de medição de quatro fios (Kelvin) e é acionado por uma fonte dedicada de corrente constante/tensão constante que é eletricamente isolada das demais. Todo o gabinete de 256 canais é controlado como uma única unidade via Ethernet ou RS-485 a partir de um computador host baseado em Windows executando o software proprietário de formação da TOB. O software permite ao usuário programar até 32 etapas e 256 ciclos por receita, com cada etapa selecionável como carga de corrente constante, carga de tensão constante, descarga de corrente constante ou repouso. Curvas de tensão/corrente/capacidade/energia em tempo real são traçadas para cada canal, e todos os dados brutos, além dos resultados ao final de cada etapa, são salvos localmente e opcionalmente carregados em um banco de dados de servidor para integração com MES.

O projeto mecânico do TOB-EF256-6G é adaptado ao manuseio de células tipo bolsa. O gabinete é dividido em quatro portas, cada uma contendo 16 camadas de dispositivos de fixação organizadas para células carregadas em ambos os lados da bandeja. Um mecanismo de fixação vertical acionado por motor abre e fecha simultaneamente todo o conjunto de dispositivos de fixação, acelerando o carregamento e descarregamento das células. As bandejas de fixação possuem um design dividido, com espaçamento ajustável dos contatos dos eletrodos positivo e negativo, capaz de acomodar células tipo bolsa com abas separadas por até 120 mm.

Ideal para:

• Linhas de produção de células de íons de lítio tipo bolsa que realizam as etapas críticas de formação (primeira carga, formação do SEI) e classificação de capacidade antes de as células serem montadas em módulos ou enviadas como produtos acabados.
• Linhas piloto de baterias que precisam de um único gabinete capaz de processar até 256 células por lote com a mesma precisão elétrica e rastreabilidade de dados de um sistema de produção em escala completa.
• Fabricantes que buscam reduzir o custo operacional elétrico da área de formação por meio da implantação de sistemas de feedback de energia que recuperam uma fração significativa da energia de descarga.
• Departamentos de controle de qualidade que exigem um registro digital permanente e auditável dos dados de formação e classificação de cada célula, desde a tensão inicial em circuito aberto até o compartimento final de capacidade.

Precisa saber qual produtividade pode alcançar com 256 canais no seu protocolo de formação desejado? Entre em contato com nossos engenheiros de sistemas de formação informando a capacidade da célula e a taxa de carga.

Onde a Formação e a Classificação se Encaixam na Fabricação de Células Tipo Bolsa

A etapa de formação e classificação fica entre a montagem da célula e o envio final, e possui dois objetivos distintos:

1. Formação:Uma célula tipo bolsa recém-montada contém um separador seco e um conjunto de eletrodos intactos. Quando a primeira carga é aplicada, o eletrólito se decompõe de maneira controlada na superfície do ânodo, formando a interfase de eletrólito sólido (SEI). Essa SEI é essencial para a estabilidade de longo prazo da célula, mas consome uma pequena quantidade de lítio e gera gás. O protocolo de formação — uma sequência cuidadosamente definida de correntes de carga, retenções de tensão, períodos de repouso e, às vezes, uma etapa de desgaseificação — deve ser executado com alta precisão e repetibilidade, pois variações na tensão ou corrente de formação podem causar crescimento desigual da SEI e uma grande dispersão na capacidade e resistência interna das células.
2. Classificação:Após a formação, cada célula é descarregada e recarregada (frequentemente por um ou mais ciclos) para medir sua capacidade real, energia e resistência interna. As células são então separadas em faixas de capacidade (normalmente dentro de ±1% da capacidade-alvo) para que as células montadas no mesmo módulo ou conjunto tenham características elétricas compatíveis. O TOB-EF256-6G suporta diversas estratégias de classificação, incluindo classificação por capacidade, classificação por tempo, classificação por capacidade mais curva, classificação por tempo mais curva, classificação por capacidade mais tensão e classificação por tensão fixa, oferecendo ao engenheiro de produção flexibilidade para escolher o método que melhor se correlaciona com o desempenho em campo.

Ao combinar formação e classificação em um único gabinete de 256 canais, o TOB-EF256-6G reduz o manuseio das células: o mesmo dispositivo de fixação mantém a célula desde a primeira carga de formação até a descarga final de classificação, eliminando a necessidade de transferir células entre máquinas e reduzindo o risco de danos às abas ou contaminação.

Como Funciona o Sistema de Feedback de Energia

O TOB-EF256-6G utiliza uma arquitetura de alimentação bidirecional CA-CC/CC-CA que muda fundamentalmente a forma como a energia elétrica flui durante a ciclagem das células:

Durante a carga:

• A fonte de corrente constante/tensão constante de cada canal consome energia CC de um barramento CC interno de 14 V, que é fornecido pelo estágio CA-CC da fonte de alimentação bidirecional.
• O estágio CA-CC converte a eletricidade da rede CA (trifásica, 380 V) em CC regulada com uma eficiência de conversão inerentemente superior à de uma fonte linear tradicional de corrente constante.
• O fluxo geral de energia durante a carga é: (Eletricidade da rede + energia de outras células que estão descarregando simultaneamente) → inversor bidirecional CA-CC → barramento CC → circuito CC-CC por canal → célula.

Durante a descarga:

• A energia armazenada na célula é realimentada pelo circuito CC-CC de cada canal, que eleva a tensão da célula até a tensão do barramento CC interno.
• O estágio CC-CA da fonte de alimentação bidirecional então converte essa energia CC em CA e a sincroniza com a rede elétrica CA da fábrica.
• A energia CA flui para o barramento CA local da fábrica, onde é consumida preferencialmente por outros equipamentos — incluindo outros gabinetes TOB-EF256-6G que estão carregando células, além de cargas gerais da fábrica, como iluminação, HVAC e equipamentos de escritório.
• Somente a energia que excede o consumo instantâneo da fábrica é exportada de volta para a rede elétrica mais ampla.

Especificações de eficiência:

• Eficiência de conversão de saída da fonte de alimentação de carga: > 70% (calculada como energia de carga da bateria registrada pelo software dividida pelo consumo medido pelo medidor elétrico × 100%).
• Eficiência de feedback da fonte de alimentação de descarga: > 65% (calculada como energia ativa reversa do medidor elétrico dividida pela energia de descarga da bateria registrada pelo software × 100%).

Esses valores de eficiência significam que, para cada 1 kWh de energia descarregada das células durante o teste de capacidade, aproximadamente 0,65 kWh é recuperado e reutilizado dentro da fábrica, em vez de ser dissipado como calor por bancos de carga resistivos.

Principais Capacidades do Sistema

▶ 256 Canais Independentes e Isolados

Cada um dos 256 canais possui sua própria fonte de corrente constante/tensão constante eletricamente isolada das demais. A faixa de corrente por canal é de 5–6000 mA, cobrindo as necessidades de formação de pequenas células tipo bolsa (por exemplo, 150 mAh) até células maiores de produção piloto. Todos os canais são endereçados e controlados em grupo pelo controlador do gabinete, mas o circuito elétrico de cada canal é completamente independente, portanto uma falha em um canal não afeta os outros.

▶ Alta Precisão de Medição com Conexão Kelvin de Quatro Fios

A precisão da corrente é de ±0,05% da escala completa mais ±0,05% da leitura, e a precisão da tensão é de ±2 mV. Essas especificações são possibilitadas pelo verdadeiro método de medição de quatro fios, que separa os cabos condutores de corrente dos cabos de detecção de tensão no ponto de contato do dispositivo de fixação, eliminando a contribuição da resistência dos cabos e da resistência de contato da tensão medida da célula. Uma varredura completa do gabinete com todos os 256 canais é concluída em ≤ 3 s, e o intervalo mínimo de registro de dados é de 5 s.

▶ Construção modular com fixação automática motorizada

O gabinete é dividido em quatro portas, cada uma com 16 camadas de dispositivos de fixação (256 canais no total). O carregamento e descarregamento das células é acelerado por um mecanismo vertical de fixação acionado por motor, que abre ou fecha simultaneamente todos os dispositivos de fixação de uma porta. As bandejas de fixação possuem um design dividido: os conjuntos de contato positivo e negativo podem ser movimentados independentemente, ajustando o espaçamento dos contatos até um máximo de 120 mm para acomodar células pouch com diferentes separações de abas. O espaçamento ponto a ponto dos contatos ao longo de cada bandeja é de 168 mm.

▶ Arquitetura de realimentação de energia reduz o custo operacional

A fonte de alimentação bidirecional CA-CC/CC-CA recupera uma fração significativa da energia de descarga que, de outra forma, seria desperdiçada. Em um protocolo típico de formação e classificação, no qual as células são descarregadas várias vezes para medição de capacidade, a energia recuperada reduz diretamente a conta de eletricidade da fábrica e diminui a carga térmica no sistema de ar-condicionado da fábrica.

▶ Programação flexível de receitas em múltiplas etapas

O software hospedeiro, executado em um PC com Windows conectado via Ethernet ou RS-485, permite programar até 32 etapas e 256 ciclos por receita. Cada etapa pode ser configurada como carga de corrente constante, carga de tensão constante, carga de corrente constante/tensão constante, descarga de corrente constante ou repouso. Uma etapa pode ser encerrada com base em condições de corrente, tensão, tempo ou capacidade. Essa flexibilidade suporta protocolos complexos de formação, como sequências de molhamento em múltiplos estágios, formação de gás e desgaseificação.

▶ Registro abrangente de dados e conectividade MES

Os dados brutos detalhados de cada canal e cada etapa são salvos localmente no PC como arquivos individuais de processo. Os resultados ao final de cada etapa (tensão de circuito aberto, tensão média, tempo da etapa, corrente, capacidade, capacidade do patamar) são armazenados em um arquivo de banco de dados MDB padrão, um por execução do processo. Em instalações com um servidor de dados configurado, os resultados podem ser carregados automaticamente para um banco de dados do servidor, onde os arquivos MDB servem como um formato de banco de dados padrão que pode ser integrado diretamente a um MES da fábrica. Essa arquitetura preserva um registro digital completo para rastreabilidade e oferece suporte à análise estatística necessária para melhoria contínua do processo.

▶ Leitura de código de barras para rastreabilidade das células

O TOB-EF256-6G oferece suporte à leitura de códigos de barras, incluindo leitura sequencial e leitura com salto de canal, de modo que o código de barras exclusivo de cada célula seja vinculado ao canal específico no qual ela é processada. Os dados do código de barras são armazenados junto com os resultados de formação e classificação, permitindo rastreabilidade completa para frente e para trás, desde as células recebidas até os lotes finais de capacidade.

▶ Funções abrangentes de proteção e alarme

O sistema protege as células e o próprio equipamento por meio de salvaguardas baseadas em hardware e software: detecção de sobrecorrente, subcorrente, sobretensão, subtensão, sobrecapacidade e corrente de fuga. A sobretensão durante a carga e a subtensão durante a descarga são protegidas tanto por um circuito de hardware quanto por um limite de software, fornecendo uma camada redundante de segurança que protege as células mesmo se o software de controle apresentar falha.

Especificações técnicas

Especificações Funcionais Adicionais

Especificações mecânicas

Composição do sistema

O sistema de formação e classificação TOB-EF256-6G fornecido compreende os seguintes elementos principais:

1. Equipamento de formação e classificação de baterias de íons de lítio (o gabinete de 256 canais descrito acima).
2. Computador host com interfaces USB e Ethernet.
3. Conversores e cabos de comunicação (conversor USB para RS-485 e cabo de comunicação, ou cabo de rede Categoria 5 e conectores RJ45).
4. Software de formação e classificação TOB para Windows.

O computador host conecta-se ao controlador do gabinete e envia comandos enquanto coleta dados de todos os canais. As placas de corrente constante/tensão constante por canal respondem à CPU do controlador, fornecendo controle de corrente constante e tensão constante durante a carga e a descarga.

Durante a carga, a fonte de alimentação bidirecional converte a eletricidade da rede CA em um barramento CC de 14 V, e a placa de cada canal regula a corrente para a célula. Durante a descarga, o processo é invertido: a placa de cada canal primeiro aumenta a tensão da célula para o barramento CC interno, e a fonte de alimentação bidirecional então inverte essa energia CC em CA que é alimentada na rede de distribuição CA da fábrica. Essa arquitetura alcança a função de realimentação de energia descrita nas especificações.

Recomendações práticas de operação e manutenção

• Calibração: Os canais de tensão e corrente do instrumento devem ser recalibrados a cada 6 meses usando o procedimento de calibração digital integrado. A calibração é totalmente baseada em software; nenhum potenciômetro precisa ser ajustado dentro do gabinete. É necessário um multímetro digital certificado como padrão de referência.
• Manutenção dos contatos do dispositivo de fixação: Os contatos Kelvin de quatro fios em cada dispositivo de fixação devem ser inspecionados periodicamente quanto a desgaste, contaminação ou oxidação. Um contato de detecção de tensão sujo produzirá uma leitura de tensão incorretamente alta e levará a um resultado de capacidade incorreto. Limpe os contatos com álcool isopropílico e um pano sem fiapos quando o gabinete não estiver em operação.
• Operação de realimentação de energia: A função de realimentação de energia opera automaticamente sempre que uma célula é descarregada. Nenhuma intervenção do operador é necessária. A eficiência da recuperação de energia depende do número de células que estão carregando e descarregando simultaneamente em todos os gabinetes conectados. A maior eficiência de recuperação é alcançada quando a potência de descarga de um grupo de células corresponde de perto à potência de carga necessária por outro grupo.
• Backup de dados:Embora o PC local armazene todos os dados do processo sem exclusão, é altamente recomendado fazer backup dos arquivos de resultados MDB e dos arquivos detalhados do processo em uma unidade de rede ou servidor ao final de cada lote de produção. Isso garante que os dados permaneçam acessíveis mesmo se o disco rígido do PC local falhar.
• Fluxo de trabalho do software: Antes de iniciar um lote de produção, crie ou carregue a receita apropriada no software de formação TOB. Defina a sequência de leitura de código de barras se a rastreabilidade for necessária. Verifique se todos os canais estão calibrados e se os limites de proteção contra sobretensão e subtensão estão definidos corretamente para o modelo de célula sendo processado. Após a conclusão do lote, use o utilitário de classificação para separar as células em faixas de capacidade de acordo com o método de classificação escolhido e exporte o relatório de agrupamento para a montagem do pacote.

Pronto para implementar formação e classificação de alta precisão e eficiência energética para sua linha de produção de células tipo bolsa? Solicite uma cotação para o TOB-EF256-6G ou entre em contato com nossos engenheiros de sistemas de formação para discutir seu tipo específico de célula, capacidade de produção desejada e requisitos de integração com MES.

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

Você também pode precisar

1. Máquina de carga-descarga 5V1A para formação e classificação de células tipo bolsa — Um sistema de carga-descarga de menor escala e menor corrente projetado para formação e classificação em escala de laboratório ou piloto de células tipo bolsa de baixa capacidade. Oferece precisão comparável à do TOB-EF256-6G em um formato de bancada para lotes de P&D.
2. Máquina de Prensagem a Quente para Formação de Células Pouch de Lítio — Aplica calor e pressão controlados durante as etapas de formação e desgaseificação da produção de células pouch. A prensa a quente ajuda a extrudar gases, melhorar o contacto interfacial entre elétrodo e separador e obter uma camada SEI uniforme antes de as células prosseguirem para a TOB-EF256-6G para ciclagem elétrica e classificação.
3. Máquina Tudo-em-Um de Selagem a Vácuo Secundária e Corte de Bordas para Células Pouch — Uma estação combinada que realiza a selagem a vácuo secundária e o corte das bordas após a formação e desgaseificação. Integra-se perfeitamente com a TOB-EF256-6G para formar uma linha completa de acabamento de células pouch, preparando as células para a inspeção final e envio.