Sistema de formación y clasificación de celdas cilíndricas de lecho de agujas de 5V6A con retroalimentación de energía

Sistema de formación y clasificación de celdas cilíndricas de lecho de agujas TOB-INVP-V5C6D6 5V6A con retroalimentación de energía

Descripción general del producto y aplicaciones ideales

El TOB-INVP-V5C6D6 es un sistema de formación y clasificación de celdas cilíndricas de lecho de agujas de 5V6A con una arquitectura de retroalimentación de energía. Está diseñado para la formación controlada con precisión (primera carga), la clasificación de capacidad y las pruebas eléctricas de celdas cilíndricas de iones de litio, combinando la precisión necesaria para una clasificación de celdas fiable con una reducción sustancial en el consumo de energía en comparación con los sistemas convencionales de descarga a través de resistencias.

El sistema adopta una estructura modular de dos etapas. La primera etapa es un módulo rectificador de alta eficiencia que convierte la red de CA trifásica en un bus de CC regulado con un factor de potencia alto (>0.99 en condiciones nominales) y baja distorsión de corriente (distorsión armónica total de la corriente de entrada, THDI, inferior al 5 %). La segunda etapa es un banco de módulos de CC independientes, cada uno de los cuales controla un solo canal de celda. Cada canal está alimentado por su propia fuente de corriente constante/voltaje constante, lo que proporciona un control independiente y de alta precisión sobre cada celda bajo prueba. Debido a que la etapa rectificadora es compartida mientras que la etapa de CC es por canal, la arquitectura proporciona tanto flexibilidad de configuración como el aislamiento eléctrico necesario para pruebas fiables de múltiples celdas.

El mecanismo de lecho de agujas es la característica definitoria del TOB-INVP-V5C6D6. Cada celda es contactada por un conjunto de sonda de tres pines con resorte (componentes idénticos de tres pines tanto en las sondas superiores como en las inferiores) con una resistencia de contacto nominal de no más de 10 mΩ en una superficie de celda limpia. El lecho de agujas es accionado por un sistema neumático de doble cilindro, con cada capa moviéndose de forma independiente, de modo que todo el banco de sondas puede elevarse y bajarse para una carga y descarga rápida de celdas. Este diseño está configurado específicamente para celdas cilíndricas 32600 y 32900, que se cargan en una bandeja de 16×16 (256 celdas por capa). El gabinete alberga tres capas, lo que da 768 canales por gabinete.

Durante el funcionamiento, el TOB-INVP-V5C6D6 descarga las celdas a través de un inversor bidireccional que devuelve la energía recuperada a la red de CA de la fábrica. La eficiencia general de retroalimentación de energía supera el 65 % en condiciones nominales, y la eficiencia de carga supera el 70 %, por lo que el sistema consume aproximadamente el 50 % de la electricidad de un sistema no regenerativo convencional bajo las mismas condiciones de prueba. Debido a que la potencia de descarga no se disipa como calor dentro del laboratorio, la temperatura ambiente del área de producción se reduce entre 5 y 15 °C, lo que reduce aún más la carga en el sistema de aire acondicionado de la instalación.

Ideal para:

• Fabricantes de celdas cilíndricas de iones de litio que realizan la formación, clasificación y pruebas eléctricas de celdas 32600 y 32900 en producción de alto volumen.
• Plantas de baterías para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía que deben minimizar el costo de electricidad y la carga térmica asociada con el paso de formación y clasificación.
• Líneas de producción piloto y a pequeña escala que necesitan un sistema modular de alto número de canales con control independiente por canal y programación de procesos flexible.
• Departamentos de control de calidad que requieren trazabilidad completa, integración de códigos de barras y una lógica documentada de protección y alarma para operaciones de larga duración sin supervisión.

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Dónde encajan la formación y la clasificación en la producción de celdas cilíndricas

En la cadena de fabricación de una celda cilíndrica de iones de litio, el paso de formación y clasificación ocurre después del ensamblaje de la celda (bobinado, inserción en la lata, soldadura de pestañas, llenado de electrolito y sellado de la tapa) y antes de que la celda terminada se clasifique en paquetes o se envíe. La secuencia es:

• Ensamblaje de la celda – El rollo de gelatina se inserta en la lata de acero, se sueldan las pestañas, se llena el electrolito y se engarza la tapa.
• Formación (el papel del TOB-INVP-V5C6D6) – La primera carga se aplica bajo un perfil de corriente/voltaje programado con precisión, formando la interfase de electrolito sólido (SEI) en el ánodo y activando la química de la celda.
• Clasificación – La celda se descarga y recarga para medir su capacidad real, energía y resistencia interna. Luego, las celdas se clasifican en contenedores de capacidad.
• Inspección final y embalaje – Verificación de OCV, inspección visual y embalaje.

El TOB-INVP-V5C6D6 realiza tanto la formación como la clasificación en un solo ciclo de manipulación: la celda se coloca en el lecho de agujas una vez y permanece allí durante toda la secuencia programada. La bandeja de 256 celdas se carga en cada capa, el mecanismo de doble cilindro baja el lecho de agujas sobre las celdas y el proceso se ejecuta sin supervisión bajo la lógica de protección y monitoreo descrita a continuación.

Debido a que cada uno de los 768 canales se controla y monitorea de forma independiente, una sola celda que desarrolla una anomalía no afecta al resto del lote. Los parámetros de protección del canal, establecidos individualmente para cada tipo de paso (carga CC, carga CV, descarga CC, reposo), terminan la prueba de esa celda mientras los canales restantes continúan su programa.

Cómo funciona el sistema de formación y clasificación con retroalimentación de energía

El TOB-INVP-V5C6D6 utiliza una arquitectura de potencia de dos etapas y un inversor bidireccional para recuperar la energía liberada durante la descarga de la celda.

• Flujo de potencia durante la carga: La red de CA trifásica (380 V ± 15 %, 50 Hz ± 10 %) entra en la etapa rectificadora, que la convierte en un bus de CC regulado con un factor de potencia superior a 0.99 y una distorsión armónica total de la corriente de entrada inferior al 5 %. El módulo de CC de cada canal se alimenta de este bus y regula la corriente de carga a la celda bajo control de corriente constante o voltaje constante. La eficiencia de carga supera el 70 % (medida en la red de CA de 380 V con la batería completamente cargada durante la descarga). La energía disponible para la carga se extrae de la red más la energía recuperada de las celdas que se están descargando simultáneamente.
• Flujo de potencia durante la descarga: Cuando se descarga una celda, el módulo de CC por canal primero aumenta el voltaje de la celda en el bus de CC interno. Luego, el inversor bidireccional convierte esta energía de CC en CA, la sincroniza con la red de la fábrica y la devuelve a la red de distribución de CA local. La energía recuperada es consumida preferentemente por otros equipos en el mismo bus, incluidas las celdas que se están cargando en otros canales, y cualquier excedente se devuelve a la red más amplia. La eficiencia general de retroalimentación de energía supera el 65 % en condiciones nominales (medida en la red de CA de 380 V con la batería completamente cargada durante la descarga).
• Procesamiento de señales digitales distribuido: El sistema procesa todas las señales de medición y control al nivel de hardware más bajo en lugar de transmitir señales analógicas sin procesar a través de largos recorridos de cable. La corriente y el voltaje de cada canal se digitalizan localmente y se transmiten como datos digitales al controlador central. Esta arquitectura distribuida minimiza la interferencia electromagnética y mejora significativamente la precisión del muestreo y el control.
• Control DSP industrial: Un DSP de alto rendimiento de grado industrial sirve como chip de control principal, proporcionando la potencia de procesamiento y la fiabilidad necesarias para un sistema de 768 canales que funciona sin supervisión durante largos períodos. El DSP coordina los módulos de CC por canal, la etapa rectificadora, el inversor bidireccional, los actuadores neumáticos del lecho de agujas y la comunicación con la computadora central.

Capacidades clave del sistema

1. Arquitectura modular de dos etapas con control de canal independiente - La etapa rectificadora (compartida) y la etapa del módulo de CC (por canal) separan las funciones de conversión masiva de CA a CC de la regulación de corriente/voltaje por celda. Este diseño proporciona una alta eficiencia del rectificador, baja distorsión de la corriente de entrada y un control independiente de alta precisión de cada canal. Una falla en un módulo de CC no afecta a los demás.
2. Ahorro de energía significativo y menor carga térmica de fábrica - Bajo las mismas condiciones, el consumo de energía del TOB-INVP-V5C6D6 es el 50 % del de un sistema convencional, y la temperatura ambiente del área de producción puede reducirse entre 5 y 15 °C. Ambas cifras son consecuencias directas de la ruta de descarga con retroalimentación de energía: en lugar de disipar la energía de descarga como calor en un banco de resistencias, el inversor la devuelve a la red. Una temperatura ambiente más baja también reduce la carga sobre el sistema de aire acondicionado de la instalación, creando un ahorro de energía compuesto.
3. Bajos armónicos de red (THDI - La etapa rectificadora está diseñada para extraer corriente con una distorsión armónica total inferior al 5 %, mucho mejor que la distorsión producida por los rectificadores de carga convencionales basados en tiristores. Esto reduce la interferencia con otros equipos en la red de la fábrica y puede evitar la necesidad de filtros armónicos externos.
4. Protección multinivel de software y hardware - Se pueden configurar parámetros y métodos de protección separados para cada tipo de paso (carga CC, carga CV, descarga CC, reposo, etc.). Si ocurre alguna anomalía durante la prueba, el canal afectado se termina de inmediato. Se proporciona una amplia gama de funciones de protección: sobrelímite de voltaje/frecuencia de red, conexión inversa de batería, límites superior e inferior de voltaje/corriente, límites de capacidad, monitoreo de temperatura, detección de posición de bandeja, presión de aire anormal, alarma de humo y un botón de parada de emergencia. Varias de estas protecciones activan la apertura automática del lecho de agujas y pausan la ejecución; el sistema puede entonces reanudarse desde el punto de interrupción sin reiniciar todo el proceso.
5. 768 canales por gabinete (3 capas × 256 canales) - Cada gabinete alberga tres capas de lecho de agujas, cada una con capacidad para una bandeja de celdas de 16×16 (256 celdas), lo que da un total de 768 canales por gabinete. Una computadora central puede controlar hasta seis gabinetes.
6. Operación desatendida con monitoreo integral - El sistema está diseñado para una operación prolongada y desatendida. Se proporciona monitoreo de temperatura en hasta 8 puntos de detección por capa; si se detecta sobretemperatura, el lecho de agujas se abre automáticamente y la ejecución se pausa, con la temperatura muestreada y registrada en la interfaz de operación. La interrupción de la comunicación durante más de 1 minuto pausa automáticamente los canales, y el proceso se reanuda una vez que se restablece la comunicación.
7. Programación flexible de procesos y condiciones de clasificación - El software de control admite pasos de carga CC, carga CV, carga CC-CV, descarga CC y reposo, con hasta 5000 ciclos. Las condiciones de clasificación pueden basarse en la capacidad (capacidad de terminación de paso, capacidad de plataforma), el tiempo (tiempo de terminación de paso, tiempo de plataforma), el voltaje (voltaje actual, voltaje de fin de paso) o MPV. Se pueden añadir condiciones de clasificación personalizadas bajo petición.
8. Trazabilidad completa con integración de códigos de barras y base de datos local - Los datos necesarios se escriben en una base de datos local; combinados con la función de entrada de código de barras, se puede rastrear el historial de cada celda. Cada canal conserva los 5 registros de prueba más recientes, y la función de escaneo de código de barras permite la recuperación directa de los datos históricos para un código de barras determinado. Los datos se pueden exportar en formato Excel.
9. Función de prueba previa (verificación de contacto) - El operador puede establecer parámetros de corriente y tiempo de carga para realizar una prueba de contacto del lecho de agujas antes de que comience el proceso principal. Si el número de canales con mal contacto supera un límite establecido por el usuario, el lecho de agujas se eleva automáticamente y la ejecución no continúa; de lo contrario, comienza el proceso normal. Esta función evita el desperdicio de una ejecución de formación completa causada por uno o más canales con mal contacto de sonda.
10. Continuación tras corte de energía - Si la computadora o el equipo pierden energía repentinamente, el sistema puede reanudar manualmente el proceso desde el estado en el momento de la pérdida de energía cuando se inicia el equipo la próxima vez, evitando la pérdida de un lote en curso.

Especificaciones técnicas completas

Configuración del producto

Documentación técnica y lenguaje del software: chino e inglés (extensible); identificación exterior de la máquina en chino e inglés (extensible).

Volumen y peso

Ruido, rayos y clase de protección

Cumplimiento de seguridad

Método de refrigeración: refrigeración por aire forzado; 9 ventiladores por capa; el aire se extrae desde la parte superior.

Características eléctricas

Parámetros eléctricos básicos

Parámetros de precisión

Sondas y bandeja

Condiciones ambientales

Funciones y lógica de protección

Capacidades funcionales básicas

Recomendaciones prácticas de operación y mantenimiento

• Alineación de bandeja y sonda: Asegúrese de que la bandeja de 16×16 esté correctamente asentada y alineada con el lecho de agujas antes de bajarlo. Los conjuntos de sondas de tres pines deben estar limpios y libres de óxido o aceite; la resistencia de contacto nominal de 10 mΩ solo se puede lograr en una superficie de celda limpia. Inspeccione y limpie periódicamente las puntas de las sondas.
• Suministro de aire comprimido: El mecanismo de lecho de agujas de doble cilindro requiere un suministro de aire comprimido de al menos 0.5 MPa. Un suministro limpio, seco y regulado es esencial para un movimiento constante del lecho de agujas. Verifique la presión del aire diariamente y asegúrese de que la protección contra presión de aire anormal esté habilitada.
• Conexión a la red: El sistema consume 380 V CA trifásicos (5 hilos) y es sensible al voltaje y la frecuencia de la red. Verifique que el suministro eléctrico esté dentro de los rangos especificados de ±15 % de voltaje y ±10 % de frecuencia. La lógica de protección del sistema bloquea el inversor si la red supera estos límites; entonces se requiere un reinicio tras apagado.
• Entorno ambiental: El entorno operativo especificado es 23 ± 5 °C, 30–75 % HR y 750 ± 30 mmHg de presión atmosférica. Mantenga el gabinete en un área bien ventilada; el sistema de enfriamiento por aire forzado extrae aire desde la parte superior, por lo que el espacio sobre el gabinete debe mantenerse despejado.
• Calibración: El ciclo de calibración de corriente y voltaje es de 6 meses cada uno. La calibración se realiza a través de software; se requiere un medidor de referencia certificado. Mantenga los registros de calibración para fines de auditoría.
• Copia de seguridad de datos: Aunque cada canal conserva los 5 registros de prueba más recientes y la base de datos local almacena los datos de trazabilidad necesarios, se recomienda realizar una copia de seguridad de la base de datos y los resultados exportados en Excel en una unidad de red o servidor al final de cada turno de producción.
• Procedimientos de emergencia: Familiarice a todos los operadores con el botón de parada de emergencia. En caso de alarma de humo, el lecho de agujas se abre automáticamente y la ejecución se pausa; el área afectada debe ser inspeccionada antes de reanudar.

Preguntas frecuentes de ingeniería

P1: ¿Cuál es la diferencia entre la arquitectura de "retroalimentación de energía" del TOB-INVP-V5C6D6 y un gabinete de formación convencional?

En un gabinete convencional, la energía liberada durante la descarga de la celda se disipa como calor en un banco de resistencias. Esto no solo desperdicia la energía, sino que también calienta el área de producción, aumentando la carga en el sistema de aire acondicionado. El TOB-INVP-V5C6D6, en cambio, dirige la energía de descarga a través de un inversor bidireccional de regreso a la red de CA de la fábrica, donde es consumida por otras cargas. Esta arquitectura reduce el consumo de electricidad al 50 % de un sistema convencional y reduce la temperatura ambiente en 5–15 °C bajo las mismas condiciones.

P2: ¿Cuántas celdas puede procesar un gabinete por ciclo y cuántos gabinetes puede controlar una computadora?

Cada gabinete contiene 3 capas × 256 canales = 768 canales, por lo que se pueden procesar 768 celdas simultáneamente. Una computadora central puede controlar hasta 6 gabinetes, lo que da una capacidad de una sola computadora de 4,608 canales. La configuración recomendada depende del ancho de banda de comunicación de datos y la complejidad de los programas de proceso.

P3: ¿Qué tipos de celdas puede probar el TOB-INVP-V5C6D6?

La configuración estándar está dedicada a celdas cilíndricas 32600 y 32900, utilizando una bandeja de 16×16 con un espaciado de canal de 45 × 45 mm. La configuración del lecho de agujas, la bandeja y la sonda se fabrica según el dibujo oficial del cliente. Otros formatos cilíndricos pueden ser acomodados suministrando la bandeja y las herramientas de sonda correspondientes; contacte a TOB con su dibujo de celda.

P4: ¿Cómo funciona la función de prueba previa (verificación de contacto) y por qué es importante?

Antes de que comience el proceso principal de formación, el operador puede configurar una carga corta con una corriente y un tiempo definidos. El sistema mide el contacto de cada canal durante esta prueba previa. Si el número de canales con mal contacto (alta resistencia) supera un límite superior establecido por el usuario, el lecho de agujas se eleva automáticamente y la ejecución no comienza. Esto evita una situación en la que un lote completo de formación se arruine por una sola bandeja con celdas desalineadas o sondas sucias, un error costoso que de otro modo solo se descubriría después de que el proceso hubiera estado funcionando durante horas.

P5: ¿Qué sucede si la comunicación entre la computadora central y el gabinete se interrumpe durante una ejecución?

Si la interrupción de la comunicación dura más de 1 minuto, los canales se pausan automáticamente. Una vez restaurada la comunicación, el proceso actual puede continuarse desde el punto de interrupción. En caso de una pérdida total de energía, la función de continuación tras corte de energía permite al operador reanudar manualmente el proceso desde el estado en el momento de la pérdida de energía cuando el equipo se inicia nuevamente.

P6: ¿Cómo se distribuye el monitoreo de temperatura y qué protege?

Cada capa del lecho de agujas se puede configurar con hasta 8 puntos de detección de temperatura. Durante la operación, la temperatura se muestrea periódicamente, se muestra en la interfaz de operación y se registra automáticamente. Si se detecta sobretemperatura, el lecho de agujas se abre automáticamente y la ejecución se pausa. Esto protege tanto a las celdas (que podrían dañarse por una temperatura excesiva durante la formación) como al equipo (sondas, módulos y cableado). La ejecución se puede reanudar desde el punto de interrupción sin reiniciar todo el proceso.

¿Listo para reducir el costo de electricidad y la carga térmica de su operación de formación y clasificación de celdas cilíndricas mientras obtiene 768 canales de control independiente de alta precisión? Solicite una cotización para el TOB-INVP-V5C6D6, especificando su modelo de celda, dibujo de bandeja y configuración de computadora central. Nuestros ingenieros de sistemas de formación pueden proporcionar una propuesta técnica y una estimación de ahorro de energía basada en su perfil de producción.

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

También podría necesitar

1. Máquina de prensado en caliente para la formación de celdas tipo bolsa de litio — Aplica calor y presión controlados durante la formación de la celda tipo bolsa para mejorar el contacto interfacial entre el electrodo y el separador, expulsar el gas y estabilizar la capa SEI. Complementa a la TOB-INVP-V5C6D6 preparando celdas con interfaces consistentes y de alta calidad antes de la formación eléctrica y la clasificación.
2. Máquina de formación por presión negativa para celdas prismáticas — Un sistema de formación dedicado para celdas prismáticas que opera bajo presión negativa para suprimir la hinchazón por gas durante la formación de la capa SEI. Extiende la capacidad de formación de alta precisión y eficiencia energética de la TOB-INVP-V5C6D6 a formatos prismáticos con requisitos de gestión de gas más estrictos.
3. Máquina de formación y clasificación de celdas cilíndricas de 5V1A — Un sistema compacto de formación y clasificación de menor corriente para celdas cilíndricas. Ideal para pruebas a escala de laboratorio o lotes pequeños donde no se requiere el alto número de canales y la arquitectura de retroalimentación de energía de la TOB-INVP-V5C6D6.