5V6A Nadelbett-Formierungs- und Sortiersystem für Rundzellen mit Energierückspeisung

TOB-INVP-V5C6D6 5V6A Nadelbett-Formierungs- und Sortiersystem für Rundzellen mit Energierückspeisung

Produktübersicht und ideale Anwendungen

Das TOB-INVP-V5C6D6 ist ein 5V6A Nadelbett-Formierungs- und Sortiersystem für Rundzellen mit einer Energierückspeisungsarchitektur. Es wurde für die präzisionsgesteuerte Formierung (erste Ladung), Kapazitätssortierung und elektrische Prüfung von Lithium-Ionen-Rundzellen entwickelt und kombiniert die für eine zuverlässige Zellklassifizierung erforderliche Genauigkeit mit einer erheblichen Reduzierung des Energieverbrauchs im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit Entladung über Widerstände.

Das System verwendet eine zweistufige modulare Struktur. Die erste Stufe ist ein hocheffizientes Gleichrichtermodul, das dreiphasigen Wechselstrom aus dem Netz in einen geregelten Gleichstrombus mit einem hohen Leistungsfaktor (>0,99 unter Nennbedingungen) und geringer Stromverzerrung (Gesamtharmonische Verzerrung des Eingangsstroms, THDI, unter 5 %) umwandelt. Die zweite Stufe besteht aus einer Reihe unabhängiger Gleichstrommodule, von denen jedes einen einzelnen Zellkanal steuert. Jeder Kanal wird von einer eigenen Konstantstrom-/Konstantspannungsquelle gespeist, was eine unabhängige, hochpräzise Steuerung jeder zu testenden Zelle ermöglicht. Da die Gleichrichterstufe gemeinsam genutzt wird, während die Gleichstromstufe pro Kanal vorhanden ist, bietet die Architektur sowohl Konfigurationsflexibilität als auch die für zuverlässige Tests mehrerer Zellen erforderliche elektrische Isolierung.

Der Nadelbettmechanismus ist das entscheidende Merkmal des TOB-INVP-V5C6D6. Jede Zelle wird von einer federbelasteten Drei-Stift-Sondenbaugruppe kontaktiert (identische Drei-Stift-Komponenten an den oberen und unteren Sonden) mit einem Nennkontaktwiderstand von nicht mehr als 10 mΩ auf einer sauberen Zelloberfläche. Das Nadelbett wird von einem pneumatischen Zweizylindersystem angetrieben, wobei sich jede Schicht unabhängig bewegt, sodass die gesamte Sondenbank zum schnellen Be- und Entladen der Zellen angehoben und abgesenkt werden kann. Dieses Design ist speziell für 32600 und 32900 Rundzellen konfiguriert, die in einem 16×16-Tray (256 Zellen pro Schicht) geladen werden. Der Schrank beherbergt drei Schichten, was 768 Kanäle pro Schrank ergibt.

Während des Betriebs entlädt das TOB-INVP-V5C6D6 die Zellen über einen bidirektionalen Wechselrichter, der die zurückgewonnene Energie in das werkseigene Wechselstromnetz einspeist. Der Gesamtwirkungsgrad der Energierückspeisung übersteigt unter Nennbedingungen 65 %, und der Ladewirkungsgrad übersteigt 70 %, sodass das System unter denselben Testbedingungen etwa 50 % des Stroms eines herkömmlichen, nicht regenerativen Systems verbraucht. Da die Entladeleistung nicht als Wärme im Labor abgeführt wird, sinkt die Umgebungstemperatur des Produktionsbereichs um 5–15 °C, was die Belastung der Klimaanlage der Anlage weiter reduziert.

Ideal für:

• Hersteller von Lithium-Ionen-Rundzellen, die Formierung, Sortierung und elektrische Prüfung von 32600 und 32900 Zellen in der Massenproduktion durchführen.
• Energiespeicher- und EV-Batteriewerke, die die Stromkosten und die Wärmebelastung im Zusammenhang mit dem Formierungs- und Sortierschritt minimieren müssen.
• Pilot- und Kleinserienfertigungslinien, die ein modulares System mit hoher Kanalanzahl, unabhängiger Steuerung pro Kanal und flexibler Prozessprogrammierung benötigen.
• Qualitätssicherungsabteilungen, die eine vollständige Rückverfolgbarkeit, Barcode-Integration sowie eine dokumentierte Schutz- und Alarmlogik für den unbeaufsichtigten Langzeitbetrieb erfordern.

Müssen Sie das Tray-Layout und die Sondenkonfiguration für Ihre spezifischen Rundzellendimensionen bestätigen? Kontaktieren Sie unsere Ingenieure für Formierungssysteme mit Ihrer Zellzeichnung und Tray-Spezifikation.

Wo Formierung und Sortierung in der Rundzellenproduktion passen

In der Fertigungskette für eine Lithium-Ionen-Rundzelle erfolgt der Formierungs- und Sortierschritt nach der Zellmontage (Wickeln, Einsetzen in den Becher, Laschenschweißen, Elektrolytbefüllung und Kappenversiegelung) und bevor die fertige Zelle in Packs sortiert oder versandt wird. Die Reihenfolge ist:

• Zellmontage – Die Wicklung wird in den Stahlbecher eingesetzt, die Laschen werden geschweißt, der Elektrolyt wird eingefüllt und die Kappe wird vercrimpt.
• Formierung (die Rolle des TOB-INVP-V5C6D6) – Die erste Ladung erfolgt gemäß einem präzise programmierten Strom-/Spannungsprofil, wodurch die Festelektrolyt-Zwischenschicht (SEI) auf der Anode gebildet und die Zellchemie aktiviert wird.
• Sortierung – Die Zelle wird entladen und wieder aufgeladen, um ihre tatsächliche Kapazität, Energie und ihren Innenwiderstand zu messen. Die Zellen werden dann in Kapazitätsklassen sortiert.
• Endkontrolle und Verpackung – OCV-Prüfung, Sichtprüfung und Verpackung.

Das TOB-INVP-V5C6D6 führt sowohl die Formierung als auch die Sortierung in einem einzigen Handhabungszyklus durch: Die Zelle wird einmal in das Nadelbett gelegt und verbleibt dort während der gesamten programmierten Sequenz. Das 256-Zellen-Tray wird in jede Schicht geladen, der Zweizylindermechanismus senkt das Nadelbett auf die Zellen ab und der Prozess läuft unbeaufsichtigt unter der unten beschriebenen Schutz- und Überwachungslogik ab.

Da jeder der 768 Kanäle unabhängig gesteuert und überwacht wird, beeinträchtigt eine einzelne Zelle, die eine Anomalie aufweist, nicht den Rest der Charge. Die Schutzparameter des Kanals – die für jeden Schritttyp (CC-Ladung, CV-Ladung, CC-Entladung, Ruhe) individuell eingestellt werden – beenden den Test dieser Zelle, während die verbleibenden Kanäle ihr Programm fortsetzen.

Wie das Energierückspeisungs-Formierungs- und Sortiersystem funktioniert

Das TOB-INVP-V5C6D6 verwendet eine zweistufige Leistungsarchitektur und einen bidirektionalen Wechselrichter, um die bei der Zellentladung freigesetzte Energie zurückzugewinnen.

• Leistungsfluss während des Ladevorgangs: Dreiphasiger Wechselstrom (380 V ± 15 %, 50 Hz ± 10 %) gelangt in die Gleichrichterstufe, die ihn in einen geregelten Gleichstrombus mit einem Leistungsfaktor über 0,99 und einer gesamten Eingangsstrom-Oberschwingungsverzerrung unter 5 % umwandelt. Das Gleichstrommodul jedes Kanals bezieht Strom von diesem Bus und regelt den Ladestrom zur Zelle unter Konstantstrom- oder Konstantspannungssteuerung. Der Ladewirkungsgrad übersteigt 70 % (gemessen bei 380 V Wechselstromnetz mit voll geladener Batterie während der Entladung). Die zum Laden verfügbare Energie wird aus dem Netz sowie aus der Energie bezogen, die von Zellen zurückgewonnen wird, die gleichzeitig entladen werden.
• Leistungsfluss während des Entladevorgangs: Wenn eine Zelle entladen wird, verstärkt das Gleichstrommodul pro Kanal zuerst die Zellspannung auf den internen Gleichstrombus. Der bidirektionale Wechselrichter wandelt diese Gleichstromenergie dann in Wechselstrom um, synchronisiert sie mit dem Werksnetz und speist sie in das lokale Wechselstromverteilungsnetz zurück. Die zurückgewonnene Energie wird vorzugsweise von anderen Geräten am selben Bus verbraucht – einschließlich Zellen, die in anderen Kanälen geladen werden – und jeder Überschuss wird in das breitere Netz zurückgeführt. Der Gesamtwirkungsgrad der Energierückspeisung übersteigt unter Nennbedingungen 65 % (gemessen bei 380 V Wechselstromnetz mit voll geladener Batterie während der Entladung).
• Verteilte digitale Signalverarbeitung: Das System verarbeitet alle Mess- und Steuersignale auf der untersten Hardwareebene, anstatt rohe analoge Signale über lange Kabelwege zu übertragen. Strom und Spannung jedes Kanals werden lokal digitalisiert und als digitale Daten an die zentrale Steuerung übertragen. Diese verteilte Architektur minimiert elektromagnetische Störungen und verbessert die Abtast- und Steuerungspräzision erheblich.
• Industrielle DSP-Steuerung: Ein hochleistungsfähiger DSP in Industriequalität dient als Hauptsteuerchip und bietet die Rechenleistung und Zuverlässigkeit, die für ein 768-Kanal-System erforderlich sind, das über lange Zeiträume unbeaufsichtigt läuft. Der DSP koordiniert die Gleichstrommodule pro Kanal, die Gleichrichterstufe, den bidirektionalen Wechselrichter, die pneumatischen Nadelbett-Aktuatoren und die Kommunikation mit dem Host-Computer.

Wichtige Systemfunktionen

1. Zweistufige modulare Architektur mit unabhängiger Kanalsteuerung - Die Gleichrichterstufe (gemeinsam genutzt) und die Gleichstrommodulstufe (pro Kanal) trennen die Funktionen der AC-zu-DC-Grobumwandlung von der Strom-/Spannungsregelung pro Zelle. Dieses Design bietet einen hohen Gleichrichterwirkungsgrad, eine geringe Eingangsstromverzerrung und eine unabhängige, hochpräzise Steuerung jedes Kanals. Ein Fehler in einem Gleichstrommodul beeinträchtigt die anderen nicht.
2. Erhebliche Energieeinsparungen und geringere Wärmebelastung im Werk - Unter denselben Bedingungen beträgt der Stromverbrauch des TOB-INVP-V5C6D6 50 % eines herkömmlichen Systems, und die Umgebungstemperatur im Produktionsbereich kann um 5–15 °C gesenkt werden. Beide Werte sind direkte Folgen des Energierückspeisungspfads: Anstatt die Entladeenergie als Wärme in einer Widerstandsbank zu verbrauchen, speist der Wechselrichter sie in das Stromnetz zurück. Eine niedrigere Umgebungstemperatur reduziert zudem die Belastung der Klimaanlage der Anlage, was zu einer zusätzlichen Energieeinsparung führt.
3. Niedrige Netzrückwirkungen (THDI - Die Gleichrichterstufe ist so ausgelegt, dass sie Strom mit einem gesamten Klirrfaktor (THD) von unter 5 % aufnimmt, was weitaus besser ist als die Verzerrung durch herkömmliche thyristorgesteuerte Ladegleichrichter. Dies reduziert die Störungen anderer Geräte im Fabriknetz und kann die Notwendigkeit externer Oberschwingungsfilter vermeiden.
4. Mehrstufiger Software- und Hardwareschutz - Für jeden Schritttyp (CC-Ladung, CV-Ladung, CC-Entladung, Ruhephase usw.) können separate Schutzparameter und -methoden konfiguriert werden. Tritt während des Tests eine Anomalie auf, wird der betroffene Kanal sofort beendet. Es steht eine breite Palette an Schutzfunktionen zur Verfügung: Netzspannungs-/Frequenzüberschreitung, Verpolungsschutz der Batterie, Spannungs-/Stromober- und -untergrenzen, Kapazitätsgrenzen, Temperaturüberwachung, Erkennung der Fachposition, abnormaler Luftdruck, Rauchmelder und ein Not-Aus-Schalter. Mehrere dieser Schutzfunktionen lösen das automatische Öffnen des Nadelbetts und das Pausieren des Durchlaufs aus; das System kann dann vom Unterbrechungspunkt aus fortfahren, ohne den gesamten Prozess neu starten zu müssen.
5. 768 Kanäle pro Schrank (3 Ebenen × 256 Kanäle) - Jeder Schrank beherbergt drei Nadelbettebenen, von denen jede ein 16×16-Zellenfach (256 Zellen) aufnimmt, was insgesamt 768 Kanäle pro Schrank ergibt. Ein Host-Computer kann bis zu sechs Schränke steuern.
6. Unbeaufsichtigter Betrieb mit umfassender Überwachung - Das System ist für einen langfristigen, unbeaufsichtigten Betrieb ausgelegt. Die Temperaturüberwachung erfolgt an bis zu 8 Messpunkten pro Ebene; bei Übertemperatur öffnet sich das Nadelbett automatisch und der Durchlauf pausiert, wobei die Temperatur abgetastet und auf der Bedienoberfläche protokolliert wird. Eine Kommunikationsunterbrechung von mehr als 1 Minute pausiert die Kanäle automatisch, und der Prozess wird fortgesetzt, sobald die Kommunikation wiederhergestellt ist.
7. Flexible Prozessprogrammierung und Sortierbedingungen - Die Steuerungssoftware unterstützt CC-Ladung, CV-Ladung, CC-CV-Ladung, CC-Entladung und Ruheschritte mit bis zu 5000 Zyklen. Sortierbedingungen können auf Kapazität (Schrittabschlusskapazität, Plattformkapazität), Zeit (Schrittabschlusszeit, Plattformzeit), Spannung (aktuelle Spannung, Schrittendspannung) oder MPV basieren. Kundenspezifische Sortierbedingungen können auf Anfrage hinzugefügt werden.
8. Vollständige Rückverfolgbarkeit mit Barcode-Integration und lokaler Datenbank - Notwendige Daten werden in eine lokale Datenbank geschrieben; in Kombination mit der Barcode-Eingabefunktion kann die Historie jeder Zelle nachverfolgt werden. Jeder Kanal speichert die letzten 5 Testergebnisse, und die Barcode-Scanfunktion ermöglicht den direkten Abruf der historischen Daten für einen bestimmten Barcode. Daten können im Excel-Format exportiert werden.
9. Vortest-Funktion (Kontaktprüfung) - Der Bediener kann Ladestrom- und Zeitparameter einstellen, um einen Nadelbett-Kontakttest durchzuführen, bevor der Hauptprozess beginnt. Wenn die Anzahl der Kanäle mit schlechtem Kontakt ein benutzerdefiniertes Limit überschreitet, hebt sich das Nadelbett automatisch und der Durchlauf wird nicht fortgesetzt; andernfalls beginnt der normale Prozess. Diese Funktion verhindert die Verschwendung eines vollständigen Formierungslaufs, die durch einen oder mehrere Kanäle mit schlechtem Sonden-Kontakt verursacht würde.
10. Fortsetzung nach Stromausfall - Wenn der Computer oder das Gerät plötzlich den Strom verliert, kann das System den Prozess beim nächsten Start des Geräts manuell vom Zustand zum Zeitpunkt des Stromausfalls fortsetzen, wodurch der Verlust einer laufenden Charge vermieden wird.

Vollständige technische Spezifikationen

Produktkonfiguration

Technische Dokumentation und Software-Sprache: Chinesisch und Englisch (erweiterbar); Maschinenbeschriftung außen in Chinesisch und Englisch (erweiterbar).

Volumen und Gewicht

Geräusche, Blitzschutz und Schutzklasse

Sicherheitskonformität

Kühlmethode: Zwangslüftung; 9 Lüfter pro Ebene; die Luft wird nach oben abgesaugt.

Elektrische Eigenschaften

Grundlegende elektrische Parameter

Genauigkeitsparameter

Messspitzen und Ablage

Umgebungsbedingungen

Schutzfunktionen und Logik

Grundlegende Funktionsfähigkeiten

Praktische Betriebs- und Wartungsempfehlungen

• Ausrichtung von Tray und Sonde: Stellen Sie sicher, dass das 16×16-Tray korrekt sitzt und mit dem Nadelbett ausgerichtet ist, bevor Sie es absenken. Die dreipoligen Sondeneinheiten müssen sauber und frei von Oxid oder Öl sein; der Nennkontaktwiderstand von 10 mΩ ist nur auf einer sauberen Zelloberfläche erreichbar. Überprüfen und reinigen Sie die Sondenspitzen regelmäßig.
• Druckluftversorgung: Der Doppelzylinder-Nadelbettmechanismus erfordert eine Druckluftversorgung von mindestens 0,5 MPa. Eine saubere, trockene und geregelte Versorgung ist für eine gleichmäßige Nadelbettbewegung unerlässlich. Überprüfen Sie den Luftdruck täglich und stellen Sie sicher, dass der Schutz bei abnormalem Luftdruck aktiviert ist.
• Netzanschluss: Das System bezieht Drehstrom 380 V AC (5-adrig) und reagiert empfindlich auf Netzspannung und Frequenz. Überprüfen Sie, ob die Netzversorgung innerhalb der angegebenen Bereiche von ±15 % Spannung und ±10 % Frequenz liegt. Die Schutzlogik des Systems sperrt den Wechselrichter, wenn das Netz diese Grenzwerte überschreitet; ein Neustart nach dem Ausschalten ist dann erforderlich.
• Umgebungsbedingungen: Die spezifizierte Betriebsumgebung beträgt 23 ± 5 °C, 30–75 % relative Luftfeuchtigkeit und 750 ± 30 mmHg atmosphärischen Druck. Halten Sie den Schrank in einem gut belüfteten Bereich; das Zwangsluftkühlsystem saugt Luft von oben ab, daher muss der Raum über dem Schrank frei gehalten werden.
• Kalibrierung: Der Kalibrierungszyklus für Strom und Spannung beträgt jeweils 6 Monate. Die Kalibrierung erfolgt per Software; ein zertifiziertes Referenzmessgerät ist erforderlich. Bewahren Sie Kalibrierungsunterlagen für Prüfzwecke auf.
• Datensicherung: Obwohl jeder Kanal die letzten 5 Testdatensätze speichert und die lokale Datenbank die notwendigen Rückverfolgbarkeitsdaten enthält, wird empfohlen, die Datenbank und die als Excel exportierten Ergebnisse am Ende jeder Produktionsschicht auf einem Netzlaufwerk oder Server zu sichern.
• Notfallverfahren: Machen Sie alle Bediener mit dem Not-Aus-Schalter vertraut. Im Falle eines Rauchalarms öffnet sich das Nadelbett automatisch und der Betrieb pausiert; der betroffene Bereich sollte vor der Wiederaufnahme überprüft werden.

Technische FAQ

F1: Was ist der Unterschied zwischen der „Energierückspeisungs“-Architektur des TOB-INVP-V5C6D6 und einem herkömmlichen Formierungsschrank?

In einem herkömmlichen Schrank wird die bei der Zellentladung freigesetzte Energie als Wärme in einer Widerstandsbank abgeführt. Dies verschwendet nicht nur Energie, sondern heizt auch den Produktionsbereich auf und erhöht die Last für die Klimaanlage. Das TOB-INVP-V5C6D6 leitet die Entladeenergie stattdessen über einen bidirektionalen Wechselrichter zurück in das werksseitige Wechselstromnetz, wo sie von anderen Verbrauchern genutzt wird. Diese Architektur reduziert den Stromverbrauch auf 50 % eines herkömmlichen Systems und senkt die Umgebungstemperatur unter gleichen Bedingungen um 5–15 °C.

F2: Wie viele Zellen kann ein Schrank pro Zyklus verarbeiten und wie viele Schränke kann ein Computer steuern?

Jeder Schrank enthält 3 Ebenen × 256 Kanäle = 768 Kanäle, sodass 768 Zellen gleichzeitig verarbeitet werden können. Ein Host-Computer kann bis zu 6 Schränke steuern, was eine Kapazität von 4.608 Kanälen pro Computer ergibt. Die empfohlene Konfiguration hängt von der Datenkommunikationsbandbreite und der Komplexität der Prozessprogramme ab.

F3: Welche Zelltypen kann das TOB-INVP-V5C6D6 testen?

Die Standardkonfiguration ist für zylindrische 32600- und 32900-Zellen ausgelegt und verwendet ein 16×16-Tray mit 45 × 45 mm Kanalabstand. Die Konfiguration von Nadelbett, Tray und Sonde wird gemäß der offiziellen Zeichnung des Kunden gefertigt. Andere zylindrische Formate können durch Bereitstellung des entsprechenden Trays und der Sondenwerkzeuge untergebracht werden; kontaktieren Sie TOB mit Ihrer Zellzeichnung.

F4: Wie funktioniert die Vortest-Funktion (Kontaktprüfung) und warum ist sie wichtig?

Bevor der Hauptformierungsprozess beginnt, kann der Bediener eine kurze Ladung mit definiertem Strom und definierter Zeit konfigurieren. Das System misst während dieses Vortests den Kontakt jedes Kanals. Wenn die Anzahl der Kanäle mit schlechtem Kontakt (hoher Widerstand) ein vom Benutzer festgelegtes Limit überschreitet, hebt sich das Nadelbett automatisch und der Betrieb startet nicht. Dies verhindert, dass eine ganze Formierungscharge durch ein einzelnes Tray mit falsch ausgerichteten Zellen oder verschmutzten Sonden ruiniert wird – ein kostspieliger Fehler, der sonst erst nach stundenlangem Prozess entdeckt würde.

F5: Was passiert, wenn die Kommunikation zwischen dem Host-Computer und dem Schrank während eines Betriebs unterbrochen wird?

Wenn die Kommunikationsunterbrechung länger als 1 Minute dauert, pausieren die Kanäle automatisch. Sobald die Kommunikation wiederhergestellt ist, kann der aktuelle Prozess ab dem Unterbrechungspunkt fortgesetzt werden. Bei einem vollständigen Stromausfall ermöglicht die Funktion zur Fortsetzung nach Stromausfall dem Bediener, den Prozess beim nächsten Start der Ausrüstung manuell ab dem Zustand zum Zeitpunkt des Stromausfalls wieder aufzunehmen.

F6: Wie ist die Temperaturüberwachung verteilt und was schützt sie?

Jede Nadelbettebene kann mit bis zu 8 Temperaturerfassungspunkten konfiguriert werden. Während des Betriebs wird die Temperatur regelmäßig abgetastet, auf der Bedienoberfläche angezeigt und automatisch aufgezeichnet. Wenn eine Übertemperatur erkannt wird, öffnet sich das Nadelbett automatisch und der Betrieb pausiert. Dies schützt sowohl die Zellen (die durch übermäßige Temperatur während der Formierung beschädigt werden könnten) als auch die Ausrüstung (Sonden, Module und Verkabelung). Der Betrieb kann ab dem Unterbrechungspunkt fortgesetzt werden, ohne den gesamten Prozess neu zu starten.

Sind Sie bereit, die Stromkosten und die Wärmelast Ihres Betriebs zur Formierung und Sortierung zylindrischer Zellen zu senken und gleichzeitig 768 Kanäle mit unabhängiger Hochpräzisionssteuerung zu erhalten? Fordern Sie ein Angebot für das TOB-INVP-V5C6D6 an und geben Sie Ihr Zellmodell, die Tray-Zeichnung und die Host-Computer-Konfiguration an. Unsere Ingenieure für Formierungssysteme können Ihnen einen technischen Vorschlag und eine Energieeinsparungsschätzung basierend auf Ihrem Produktionsprofil erstellen.

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

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