Процесс сборки аккумуляторной батареи, серия 1 — предварительная обработка ячеек
1. Важность предварительной обработки клеток
Предварительная обработка ячеек является первым процессом в производстве аккумуляторных батарей и играет важную роль в улучшении общей производительности и безопасности аккумуляторной батареи. Благодаря строгой предварительной обработке можно гарантировать постоянство качества ячеек с самого начала, снизить потенциальный риск отказа и обеспечить надежную поставку ячеек для последующей сборки модулей, интеграции аккумуляторных батарей и других связей.
1.1 «Врожденные различия»
"Энцезы" клеток
Из-за неизбежных незначительных различий в процессе производства, таких как разное содержание положительных и отрицательных активных материалов, даже ячейки одной партии будут определенно иметь несоответствия в рабочих параметрах. Вообще говоря, емкость или напряжение ячеек, произведенных на линии массового производства, подчиняется закону нормального распределения. Различия этих ячеек в основном отражаются в следующих аспектах:
-
Колебание мощности:
Емкость ячеек одной и той же партии может колебаться в пределах ±3%. Для новых энергетических автомобилей это может привести к разнице во времени езды примерно в десятки километров.
-
Разница внутреннего сопротивления:
Внутреннее сопротивление элемента может варьироваться до 5%, аналогично разнице в сердечно-легочной функции спортсменов, что влияет на эффективность зарядки и разрядки, а также на нагрев батареи.
-
Дискретность напряжения:
Дискретность напряжения элемента батареи может превышать 0,05 В, что аналогично погрешности шестеренок точных часов, что влияет на управление зарядом и разрядом батареи, а также на ее общую производительность.
1.2 Катастрофические последствия отсутствия предварительной обработки
Если аккумуляторный элемент не прошел предварительную обработку, эти присущие ему различия могут привести к следующим серьезным последствиям:
-
Эффект бочки:
Производительность и срок службы аккумуляторной батареи определяются самой слабой ячейкой батареи. Ячейка батареи с наихудшей производительностью ограничит емкость и срок службы всей аккумуляторной батареи.
Эффект бочки: в аккумуляторной батарее самая слабая ячейка станет «короткой платой», которая ограничит общую производительность.
-
Риск теплового разгона:
Несоответствие элементов аккумуляторной батареи может привести к перезарядке или разрядке некоторых аккумуляторных батарей, что повлияет на общую емкость и эффективность аккумуляторной батареи, а также может повысить риски перегрева батареи, возгорания или даже взрыва.
-
Время работы батареи при погружении:
Несоответствие элементов аккумулятора может привести к потере фактической доступной емкости до 15%, что существенно повлияет на срок службы батареи устройства.
1.3 Основная цель предварительной обработки аккумуляторных элементов
Благодаря строгому тестированию и отбору батареи с аналогичными характеристиками объединяются вместе, то есть для обеспечения согласованности ячеек батареи. Согласованность ячейки батареи имеет решающее влияние на выбор и соответствие системы силовой батареи. Согласованность батареи на заводе — это в основном согласованность в процессе производства.
«Согласованность элементов батареи» означает схожесть и однородность характеристик каждого элемента батареи в аккумуляторной батарее.
В частности, это включает в себя согласованность многих аспектов, таких как емкость, внутреннее сопротивление, платформа напряжения заряда и разряда, скорость саморазряда, циклический срок службы и другие параметры и характеристики элемента аккумулятора.
Цель предварительной обработки —
обеспечить, чтобы внутренние элементы аккумуляторной батареи сохраняли высокую степень постоянства, когда она покидает завод, а постоянство элементов батареи после нескольких циклов заряда и разряда после выхода с завода должно быть гарантировано с помощью терморегулирования, стратегии балансировки, контроля окружающей среды и других мер.
Например, температура элементов аккумуляторной батареи в аккумуляторной батарее должна не только поддерживаться в разумных пределах (15–35 °C), но и температура различных элементов аккумуляторной батареи должна поддерживаться максимально постоянной (в пределах 5 °C), чтобы снизить скорость старения различных элементов аккумуляторной батареи.
2. Основные этапы предварительной обработки клеток
2.1 Внешний осмотр
На этапе предварительной обработки ячеек проверка внешнего вида является важнейшим шагом. Во время транспортировки и хранения ячейки могут быть повреждены, деформированы, протекли и т. д. из-за столкновения, экструзии или коррозии. С помощью визуального наблюдения и простого инструментального измерения ячейки с безупречным внешним видом отсеиваются, чтобы убедиться, что их физическое состояние соответствует стандартам использования, тем самым предотвращая попадание плохих ячеек в последующий процесс.
Плохие элементы:
деформация алюминиевого корпуса, поверхностные раковины; повреждение и деформация взрывозащищенного клапана; отпадение уплотнительного клея из отверстия для впрыска; сильное загрязнение поверхности; утечка и т. д.;
Метод обнаружения:
Машина визуального контроля CCD
, ручной визуальный осмотр
Если для соединения ячеек используется конструкционный клей, то плазменная очистка необходима заранее, так как поверхность ячейки обернута ПЭТ-пленкой, а плазменная очистка используется для улучшения поверхностного натяжения, шероховатости и чистоты ПЭТ-пленки с целью улучшения эффекта адгезионного соединения; плазменная очистка также позволяет удалить мелкие дефекты на поверхности ячейки, пятна, пыль и оксидный слой на поверхности столба, улучшить качество сварки и снизить процент брака.
Принцип работы аппарата плазменной очистки (Plasmo Cleaner):
Для удаления пятен с поверхности предметов следует полагаться на «активацию» активных частиц в плазме.
«Плазма»: состояние вещества, также называемое четвертым состоянием вещества, которое не относится к трем обычным состояниям: твердому, жидкому и газообразному.
Приложите достаточно энергии к газу, чтобы ионизировать его, и он перейдет в состояние плазмы. «Активные» компоненты плазмы включают: ионы, электроны, атомы, активные группы, возбужденные нуклиды (метастабильное состояние), фотоны и т. д.
По механизму реакции плазменная очистка обычно включает следующие процессы:
-
Неорганический газ возбуждается до состояния плазмы;
-
Газообразные вещества адсорбируются на твердой поверхности;
-
Адсорбированные группы реагируют с молекулами на твердой поверхности, образуя молекулы продукта;
-
Молекулы продукта распадаются, образуя газовую фазу;
-
Остатки реакции отделяются от поверхности.
2.2
Тест напряжения и внутреннего сопротивления
Тест напряжения и внутреннего сопротивления является ключевым звеном в оценке производительности аккумуляторных ячеек. Использование профессионального оборудования для измерения напряжения разомкнутой цепи и внутреннего сопротивления каждой аккумуляторной ячейки позволяет интуитивно понять текущее состояние аккумуляторной ячейки. Аномальное напряжение может означать, что внутри аккумуляторной ячейки произошли химические изменения или короткие замыкания, а чрезмерное внутреннее сопротивление приведет к сильному нагреву батареи во время зарядки и разрядки, что повлияет на ее срок службы и безопасность. Благодаря точному тестированию ячейки, не соответствующие стандартам производительности, отсеиваются, чтобы гарантировать, что ячейки, поступающие на следующий этап, имеют хорошие электрохимические свойства.
Испытательное оборудование и инструменты:
-
Тестер напряжения:
Высокоточный тестер напряжения, который может точно измерять напряжение холостого хода элемента аккумуляторной батареи.
-
Тестер внутреннего сопротивления
:
Устройство, способное выполнять испытания внутреннего сопротивления переменного и постоянного тока для обеспечения точности измерения внутреннего сопротивления.
-
Автоматизированная система тестирования:
В производстве современных аккумуляторов обычно используется автоматизированная система тестирования, которая может эффективно и точно выполнять испытания напряжения и внутреннего сопротивления, а также регистрировать данные испытаний.
Тестер внутреннего сопротивления HK3561
Процесс тестирования: загрузка - сканирование - измерение напряжения/внутреннего сопротивления - обработка данных - обработка NG
-
Загрузка:
Поместите аккумуляторную батарею на испытательную станцию, чтобы убедиться, что положительный и отрицательный полюса аккумуляторной батареи находятся в хорошем контакте с испытательным оборудованием.
-
Сканирование обнаружения:
Считайте штрих-код или QR-код элемента аккумулятора с помощью сканирующего устройства и запишите основную информацию об элементе аккумулятора.
-
Испытание напряжения:
Используйте тестер напряжения для измерения напряжения разомкнутой цепи элемента батареи и запишите результаты испытания.
-
Испытание внутреннего сопротивления:
Используйте тестер внутреннего сопротивления для измерения внутреннего сопротивления переменного или постоянного тока элемента батареи и запишите результаты испытания.
-
Обработка данных:
Загрузите данные испытаний в базу данных для анализа и обработки данных с целью отсеивания несоответствующих требованиям аккумуляторов.
-
Неквалифицированная обработка:
Перенесите неквалифицированные клетки на станцию NG для дальнейшей обработки или удаления.
2.3 Классификация и группировка по мощности
Сортировка и группировка по емкости являются одним из основных этапов предварительной обработки элементов аккумуляторной батареи.
Оборудование для испытания заряда-разряда литиевых аккумуляторов
В основном тестируется напряжение, емкость и другие параметры аккумулятора. По результатам теста аккумуляторные элементы классифицируются и группируются в соответствии с емкостью, чтобы гарантировать, что разница в емкости аккумуляторных элементов в одной группе контролируется в очень небольшом диапазоне. Это позволяет избежать проблем с перезарядкой и переразрядкой, вызванных несоответствием емкости аккумуляторных элементов при последующем использовании, и значительно улучшить общую производительность и срок службы аккумуляторной батареи.
Критерии группировки:
Группировка по емкости: обычно контролируется в пределах 1%, чтобы обеспечить синергию элементов во время заряда и разряда, а также предотвратить перезаряд или чрезмерную разрядку из-за чрезмерной разницы в емкости;
Группировка по напряжению: обычно ≤5 мВ, для обеспечения равномерности зарядки и разрядки элементов
Группировка по внутреннему сопротивлению: обычно контролируется в пределах 3 мОм для обеспечения эффективности зарядки и разрядки модуля и равномерности рассеивания тепла
