1. סקירה כללית של מודולי סוללה מרובעים
מודולי סוללה מרובעים ממלאים תפקיד מכריע בתחום האנרגיה, ועם היתרונות הטכנולוגיים הייחודיים שלהם, הם יושמו באופן נרחב בתחומים רבים.
(1) רשימה של שדות יישומים נפוצים
בתחום כלי הרכב החשמליים, מודולי סוללה מרובעים הם אחד ממרכיבי הליבה המספקים תמיכה בכוח לכלי רכב. צפיפות האנרגיה הגבוהה שלו יכולה לעמוד בדרישות של רכבי אנרגיה חדשים לטווח. לדוגמה, מותגי רכבי אנרגיה חדשים מהמיינסטרים בשוק כמו DJI ו-Yihang משתמשים בעיקר בסוללות ליתיום כמקור הכוח שלהם, עם טווח של יותר מ-30 דקות, העונים על צורכי הצילום של המשתמשים. יחד עם זאת, מודולי סוללה מרובעים בעלי מאפיינים של חיי מחזור ארוכים, בטיחות גבוהה והתאמה סביבתית טובה, שיכולים לענות על הצרכים של רכבי אנרגיה חדשים במונחים של ביצועי כוח, בטיחות וחסכוניות.
בתחום ציוד אחסון אנרגיה, מודולי סוללה מרובעים משמשים בעיקר לבניית מערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול כדי לאזן בין היצע וביקוש לרשת, לשפר את יציבות הרשת והאמינות. מערכות אגירת אנרגיה אלו יכולות לאגור אנרגיה חשמלית בתקופות עומס נמוך של רשת החשמל ולשחרר אותה בשעות השיא, מה שמקל ביעילות על הפרש שיא העמק של רשת החשמל ומשפר את הכלכלה והיעילות של פעולת רשת החשמל. בנוסף, מודולי סוללה מרובעים נמצאים בשימוש נרחב בפתרונות אחסון אנרגיה מתחדשת, כגון מערכות אחסון אנרגיה עבור תחנות כוח סולאריות ורוח, כדי להבטיח אספקה יציבה וניצול יעיל של אנרגיה מתחדשת.
בתחום המל"טים, סוללות הן אחד ממרכיבי הליבה של מזל"טים, ומודול סוללה עם מעטפת מרובעת מספקים תמיכת כוח עוצמתית למל"טים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה, קל משקלם וחיי המחזור הארוכים שלהם. לדוגמה, בסין, שוק הרחפנים הראה מגמת צמיחה מהירה בשנים האחרונות, והפגין פוטנציאל עצום בתחומים רבים כמו צילום אווירי, חקלאות, ייעור, חשמל ולוגיסטיקה.
בתחום התעופה והחלל, נעשה שימוש נרחב במודולי סוללה עם מעטפת מרובעת בשל האמינות הגבוהה ויתרונות הבטיחות שלהם. בתהליך התכנון והייצור של מודולי סוללה מרובעים מושם דגש על שיפור האמינות והיציבות של המוצר. על ידי שימוש בחומרים איכותיים, תהליכים מתקדמים ומערכות בקרת איכות קפדניות, מודול הסוללה מבטיח ביצועים יציבים בתנאי עבודה שונים.
2. נקודות מפתח של עיצוב עבור מודול סוללה מרובע
(1) יתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה
צורת התא של מודול הסוללה המרובע היא מרובעת, מה שמאפשר לו לאגור יותר אנרגיה חשמלית באותו נפח ומשקל. עיצוב זה מנצל באופן מלא את החלל הפנימי של ערכת הסוללות, ומשפר את היעילות של ניצול המקום. אם ניקח לדוגמא כלי רכב חשמליים, מודולי סוללה מרובעים בצפיפות אנרגיה גבוהה יכולים לשפר משמעותית את טווח הרכב ולעמוד על צורכי המשתמשים לנסיעות למרחקים ארוכים. בתחום של התקני אחסון אנרגיה, צפיפות אנרגיה גבוהה חיונית באותה מידה שכן היא יכולה לאגור יותר אנרגיה חשמלית בשטח מוגבל כדי לענות על הדרישה לאגירת אנרגיה בקנה מידה גדול. על פי הסטטיסטיקה, התקני אחסון אנרגיה המשתמשים במודולי סוללה מרובעים יכולים להגדיל את צפיפות האנרגיה שלהם ביותר מ-20% בהשוואה לסוללות מסורתיות.
(2) מאפיינים של ניצול שטח גבוה
בהשוואה לסוללות גליליות מסורתיות, ניתן לסדר את העיצוב המרובע של מודולי סוללה מרובעים בצורה הדוקה יותר יחד. זה לא רק מפחית בזבוז מקום, אלא גם מאפשר לחבילת הסוללות לשאת יותר סוללות בנפח מוגבל, ובכך לשפר את צפיפות האנרגיה הכוללת. בתרחישי יישום מוגבלים בחלל כגון רכבים חשמליים, ניצול שטח גבוה חשוב במיוחד. לדוגמה, בחלק מכלי רכב חשמליים קומפקטיים עם שטח מוגבל, ניצול השטח הגבוה של מודול הסוללה המרובע יכול לספק לרכב יותר קיבולת סוללה, ובכך להגדיל את הטווח.
(3) ערבות אבטחה גבוהה
מודולי סוללה מרובעים משתמשים בדרך כלל בחומרים בעלי חוזק גבוה כגון אלומיניום כמעטפת החיצונית, בעלת חוזק וקשיחות גבוהים. עיצוב זה יכול למנוע ביעילות קצרים בסוללה, דליפה ובעיות אחרות, ולשפר את בטיחות הסוללה. בנוסף, מודול הסוללה המרובע מאמץ גם טכנולוגיות מתקדמות כגון טכנולוגיית איטום לייזר כדי לשפר את האיטום של ערכת הסוללות ולהבטיח עוד יותר את בטיחות הסוללה. לדוגמה, מודולי סוללה מרובעים מסוימים יכולים לשמור על ביצועים יציבים בתנאים קיצוניים כגון טמפרטורה גבוהה, מתח גבוה, התנגשות וכו' לאחר בדיקות בטיחות קפדניות, והסוללה לא תתפוצץ, תתלקח או מצבים מסוכנים אחרים.
(4) ביצועי אמינות גבוהים
בתהליך התכנון והייצור, מודולי סוללות מעטפת מרובעת מתמקדים בשיפור אמינות ויציבות המוצר. על ידי שימוש בחומרים איכותיים, תהליכים מתקדמים ומערכות בקרת איכות קפדניות, מודול הסוללה מבטיח ביצועים יציבים בתנאי עבודה שונים. לדוגמה, בתעשייה האווירית, דרישות האמינות לסוללות הן גבוהות ביותר. מודולי סוללה מרובעים, עם האמינות הגבוהה שלהם, יכולים לעבוד ביציבות בסביבות קשות ולספק תמיכה אמינה בכוח למטוסים.
(5) ניתן להתאמה אישית מאוד
העיצוב המרובע הופך את מודול הסוללה המרובע להתאמה אישית ביותר. בשל החופש הגדול יותר של עיצוב מרובע, ניתן להתאים אותו לפי תרחישי יישום ודרישות שונות. לדוגמה, ניתן להתאים אישית מודולי סוללה העונים על דרישות ספציפיות כגון דגם הרכב, קיבולת הסוללה ומהירות הטעינה. גמישות זו מאפשרת למודול הסוללה המרובע להסתגל טוב יותר לדרישת השוק ולעמוד בצרכים המותאמים אישית של לקוחות שונים.
(6) הגנת הסביבה וקיימות
בתהליך הייצור והשימוש, מודולי סוללה מרובעים שמים לב לשמירה על איכות הסביבה וקיימות. מפעלי ייצור רבים משתמשים בחומרים נטולי זיהום וידידותיים לסביבה בתהליך הייצור שלהם, ושמים לב לחיסכון באנרגיה ולהפחתת פליטות. בנוסף, למודול הסוללה המרובע יש גם חיי מחזור וערך מיחזור גבוהים, מה שעוזר להפחית את צריכת המשאבים וזיהום הסביבה. על פי הסטטיסטיקה, חיי המחזור של מודולי סוללה מרובעים יכולים להגיע לאלפי מונים, וזה גבוה יותר מזה של סוללות מסורתיות. בינתיים, ניתן לעשות שימוש חוזר במודול הסוללה המרובע הממוחזר, ולהפחית עוד יותר את השפעתו על הסביבה.
3. מבוא לתהליך של מודול סוללה מרובע
(1) שלב הכנת החומר
התהליך של קו הייצור של מודול הסוללה המרובע PACK מתחיל בשלב הכנת החומר, שהוא קריטי. חומרי הגלם לרכיבי סוללה כמו חומרי אלקטרודה חיובית, חומרי אלקטרודה שליליים ואלקטרוליטים הם כמו אבן הפינה של בניין, ואיכותם קובעת ישירות את ביצועי המוצר הסופי. בשלב זה, בקרת האיכות היא קריטית במיוחד, ועל היצרנים להקים מערכת בדיקת איכות קפדנית על מנת להבטיח שכל חומר גלם עומד בסטנדרטים גבוהים של דרישות איכות. לדוגמה, בדיקות קפדניות נערכות על טוהר חומרי האלקטרודה החיוביים כדי להבטיח הובלת יונים יעילה במהלך תהליכי טעינה ופריקה של הסוללה. במקביל, הערך את היציבות של חומר האלקטרודה השלילי כדי למנוע תגובות שליליות במהלך השימוש. רק חומרי גלם שעברו סינון קפדני יכולים להניח בסיס איתן לשלבי התהליך הבאים.
(2) תהליך ייצור של תאי סוללה
כמרכיב הליבה של סוללות, תאי סוללה מיוצרים באמצעות טכנולוגיית ייצור תאי סוללה מתקדמת. תהליך הליפוף או הערימה יכול לשלב במדויק חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים יחד כדי ליצור מבנה תא סוללה יציב. בתהליך זה נדרשים דיוק ועקביות גבוהים. לדוגמה, על ידי שליטה מדויקת במתח ובמהירות הפיתול, המבנה הפנימי של כל תא סוללה מובטח להיות אחיד ועקבי, ובכך מבטיח את יציבות הביצועים. יחד עם זאת, תהליך הערימה דורש בקרה קפדנית על העובי והיישור של כל שכבת חומר כדי לשפר את צפיפות האנרגיה וחיי המחזור של תאי הסוללה. המפתח לשלב זה הוא להבטיח את העקביות ויציבות הביצועים של תאי הסוללה, תוך מתן רכיבי ליבה איכותיים עבור שלבי התהליך הבאים.
(3) תהליך בדיקת תאים
לאחר השלמת ייצור תאי הסוללה, בדיקת תאי הסוללה מתבצעת באופן מיידי. על ידי ביצוע בדיקות מקיפות על הביצועים החשמליים של תאי הסוללה, כגון מתח, קיבולת, התנגדות פנימית ופרמטרים נוספים, נוכל לסנן תאי סוללה העומדים בתקנים. השלב הזה הוא כמו בחירת חיילים, רק תאי הסוללה הטובים ביותר יכולים להיכנס לשלב הבא. על פי הסטטיסטיקה, לאחר בדיקה וסריקה קפדנית, תאי הסוללה יכולים לתפקד טוב יותר בייצור הבא, ולשפר מאוד את האיכות והאמינות של מודול הסוללה כולו. ודא שכל תא סוללה יכול לבצע ביצועים טובים בייצור הבא, מה שמספק בסיס אמין להרכבת המודול.
(4) תהליך הרכבת מודול
בשלב הרכבת המודול, ציוד הרכבה אוטומטי מאוד ממלא תפקיד חשוב. תאי הסוללה מורכבים למודולים בצורה מסודרת, ומשלימים שלבים כגון סידור תאים, הצמדת חוטים והוספת חומרי בידוד. ציוד אוטומטי יכול להבטיח את דיוק ומהירות ההרכבה של כל מודול, ולשפר את יעילות הייצור. לדוגמה, בתהליך סידור תאי הסוללה, מיקום מכני מדויק מבטיח מרווח אחיד בין התאים, מה שמועיל לפיזור חום ולשיפור הביצועים. ריתוך חוטי חיבור דורש ציוד ריתוך בעל דיוק גבוה כדי להבטיח חיבור יציב ואמין, להפחית התנגדות ולשפר את יעילות העברת האנרגיה. תוספת של חומרי בידוד יכולה למנוע ביעילות דליפות וקצרים ולשפר את הבטיחות של מודולי הסוללה.
(5) טכנולוגיית התאמת תאים
על מנת לשפר את הביצועים הכוללים, קו הייצור של מודול המעטפת המרובע PACK מאמץ טכנולוגיית התאמת תאים. על ידי התאמה מדויקת לביצועים של תאי הסוללה, מובטחת העקביות של כל מודול במהלך תהליך הטעינה והפריקה. זה כמו להקים להקה מצוינת, שבה כל כלי צריך להיות מתואם ועקבי כדי לנגן מוזיקה יפה. לדוגמה, התאמה המבוססת על פרמטרים כמו קיבולת התא והתנגדות פנימית מאפשרת לתאים בכל מודול לעבוד באופן סינכרוני במהלך טעינה ופריקה, מפחיתה את אובדן האנרגיה ומשפרת את הביצועים הכוללים ואת חיי השירות של רכיבי הסוללה.
(6) שלבי אריזה ובדיקת איכות
לאחר השלמת הרכבת המודול, המוצר נכנס לשלב האריזה. במקביל, מתבצעת בדיקת איכות מקיפה לרכיבי הסוללה על מנת לוודא שהמוצרים עומדים בתקני איכות. בתהליך האריזה נעשה שימוש בחומרי אריזה ידידותיים לסביבה ועמידים להגנה על המוצר מפני נזקים במהלך הובלה ואחסון, תוך עמידה בדרישות הסביבה. תהליך בדיקת האיכות עורך בדיקה מקיפה של מראה המוצר ותפקודיו, כולל בדיקת שריטות במעטפת החיצונית, חיבורים מאובטחים ועמידה בתקני ביצוע. להבטיח שהמשתמשים יקבלו מוצרי סוללה איכותיים ואמינים.
(7) תהליך בדיקת המוצר המוגמר
בדיקת המוצר הסופית מתבצעת בקו הייצור, הבודקת באופן מקיף את הביצועים החשמליים, הבטיחות והיבטים אחרים של מודול הסוללה הכולל PACK. שלב זה הוא כמו הבדיקה הסופית של המוצר, הבטחת רמת האיכות לפני היציאה מהמפעל ועונה על צרכי השוק והלקוחות. לדוגמה, עריכת בדיקת ביצועים חשמליים כדי לבדוק אם הקיבולת, המתח, ההתנגדות הפנימית ופרמטרים אחרים של מודול הסוללה עומדים בדרישות התכנון; בצע בדיקות בטיחות, כולל ביצועים תחת טעינת יתר, פריקת יתר, קצר חשמלי, טמפרטורה גבוהה ותנאים אחרים. רק מוצרים שעברו את הבדיקות הקפדניות הללו יכולים להיכנס לשוק ולספק תמיכה אמינה בכוח למשתמשים.
4. מארז עיצובי של מודול סוללה מרובע
(1) עיצוב של מודול סוללת SAIC-GM Ultium
1. מבוא למאפיינים של שלושה סוגי מודולים
לעיצוב מודול הסוללה Ultium של SAIC GM יש תכונות ייחודיות. הוא מורכב מסוללת חבילה רכה ושני תאי מעטפת מרובעים בעוביים שונים ליצירת בסיס תא הסוללה, מה שהופך את המודול לתואם מבחינת הגודל הכללי. בין אם בדגמים שונים של רכבים חשמליים ובין אם בתרחישי שימוש שונים, ניתן ליישם אותו בצורה גמישה.
כל שלושת המודולים מאמצים שיטת קירור משולבת עם מודול, המשלבת את הצלחת המקוררת במים בתחתית. עיצוב זה יכול להפחית ביעילות את טמפרטורת הסוללה, לשפר את ביצועי הסוללה ואת תוחלת החיים. על פי הנתונים הרלוונטיים, מודולי סוללה המשתמשים בקירור משולב במודול יכולים להפחית את טמפרטורת הסוללה ביותר מ-10% בהשוואה לשיטות קירור מסורתיות.
מודול המעטפת המרובע מאמץ שיטת פלט של שני טרמינלים, בעוד שמודול ה-Soft Pack נוקט בשיטת פלט מסוף יחיד. עיצוב זה הופך את Pack לתואם לשני חיבורי פס שונים במתח גבוה, והעיצוב הכולל מפושט בשל היעדר קווי דגימה ותקשורת במתח נמוך. זה לא רק מפחית את עלויות הייצור, אלא גם משפר את יעילות הייצור.
2. תצוגת עיצוב מודול מעטפת מרובעת
SAIC ג'נרל מוטורס הדגימה בבירור את סוללת המעטפת המרובעת של Ultium, המחולקת בעיקר לשני עובי סוללות שונים (באותם גובה ורוחב). בתכנון שסתום הפריקה לתאי סוללה, שני סוגי סוללות עברו טיפולים שונים. עיצוב זה יכול לשפר ביעילות את בטיחות הסוללות ולמנוע פיצוצים במקרה של טעינת יתר, פריקת יתר, קצר חשמלי ומצבים אחרים.
מבחינת הגנה תרמית מהבריחה, ננקטים בעיקר האמצעים הבאים: חומרי בידוד משמשים להגנה על המרווח בין כל תא סוללה, ויריעות נציץ משמשות לחסימת שסתום שחרור הלחץ מעל תא הסוללה. זה מבטיח את בטיחות הסוללה גם אם המכסה העליון של מודול הסוללה עשוי מפלסטיק. בינתיים, קירור משולב יכול גם לעזור לשפר את פיזור החום של תאי הסוללה במצבי בריחה רגילים ותרמיים, להפחית את טמפרטורת הסוללה ולשפר את ביצועי הסוללה ואת תוחלת החיים.
לא נראה עיצוב ממשק במתח נמוך במודול זה, והחלק הבולט עשוי להיות ה-PCBA של ה-CMU האלחוטי שהוכנס. חלק זה מופעל ונדגם דרך FPC ומגושר ראשון. עיצוב זה לא רק משפר את האינטגרציה של מודולי הסוללה, אלא גם מפחית את עלויות הייצור.
3. הסבר על עיצוב מודול חבילה רכה
העיצוב של מודול החבילה הרכה לא היה במוקד העיצוב שפורסם בסין, ולכן רק מודול אחד הוצג ללא נתיחה. למודול ה-Soft Pack ולמודול המעטפת המרובע יש את אותו גודל ונקודת התקנה, והם טופלו עם אותו פלט מסוף בממשק פלט האוטובוס של המודול. בשל המרחב בכיוון Z של המודול, אין כאן מבנה בולט גלוי של ה-CMU האלחוטי.
העיצוב של מודול ה-Soft Pack מציג את האנימציה של תאי הסוללה והעיצוב, שלמעשה די דומה לקונספט התאימות בין ה-MEB soft pack לעיצוב המעטפת המרובעת של פולקסווגן. בשל מודול החבילה הרכה שלה, ג'נרל מוטורס סידרה שני מושגי ערימה עם כיוונים שונים, מעוצבים עם גבהים ויכולות שונות, ומספקים למשתמשים אפשרויות נוספות.
(2) עיצוב סוללה בגרסת Tesla LFP דגם 3
1. תיאור גודל עיצוב תאימות מודול
מודול הסוללה בגרסת Tesla LFP דגם 3 מאמץ עיצוב תואם, עם שתי תצורות שונות של 25 תאים ו-28 תאים, הכוללים 106 תאים, שנעשו לשני מפרטי מודול כדי להיות תואמים לעיצוב המודול הטריני המקורי. עיצוב זה יכול להפחית ביעילות את עלויות הייצור ולשפר את יעילות הייצור.
על פי נתונים רלוונטיים, מודולי סוללה עם עיצוב תואם זה יכולים להפחית את עלויות הייצור ביותר מ-20% בהשוואה לעיצובים מסורתיים. יחד עם זאת, עיצוב זה יכול גם לשפר את הביצועים ואת תוחלת החיים של הסוללה, תוך עמידה בדרישות המשתמשים למגוון כלי הרכב החשמליים.
2. מבוא לצלחת קירור מים ותכנון מבנה התקנה
הצלחת מקוררת המים משולבת בתחתית המודול ובעלת מבנה חיצוני שלם התואם לצלחת מקוררת מים זו. מצד אחד, זה נותן למודול חוזק מכני מספיק, ומצד שני, יש לו גם מרחק בידוד מספיק. הפונקציה העיקרית של צלחות מקוררות מים ב-LFP היא חימום בטמפרטורה נמוכה, ובגרסאות NCM עוקבות, יש לטפל בסוגיית פיזור החום.
האתגר העיקרי בתכנון תאי סוללה בעובי 82 מ"מ הוא כיצד להשיג טעינה מהירה במיוחד של 250 קילוואט. בתכנון זה, בשל גובה תאי הסוללה המרובעים ולוחות הדגימה והבידוד התואמים של המודול, טסלה התאימה את הפריסה של לוח הדגימה CMU. הוא לא נמצא בחלק המודול המקורי, אלא במצב הארכת המעגל הגמיש. כאן נעשה שימוש רק בחלק החתוך.
3. הסבר על התאמת פריסת דגימת דגימת CMU
בשל גובה תאי הסוללה המרובעים ולוחות הדגימה והבידוד התואמים של המודול, טסלה התאימה את הפריסה של לוח הדגימה של CMU ואימצה מצב הארכת לוח מעגלים גמיש. עיצוב זה יכול להפחית ביעילות את עלויות הייצור ולשפר את יעילות הייצור.
על פי נתונים רלוונטיים, הפריסה של לוחות דגימת CMU באמצעות מצב הארכת מעגלים גמישים יכולה להפחית את עלויות הייצור ביותר מ-15% בהשוואה לעיצובים מסורתיים. במקביל, עיצוב זה יכול גם לשפר את האינטגרציה של מודולי הסוללה, להפחית את משקלם של מודולי הסוללה ולהגדיל את טווח הרכבים החשמליים.
5. מגמת הפיתוח של טכנולוגיית מודול סוללה מרובעת
(1) מאפיינים של קו ייצור אוטומטי
1. ייצור יעיל
עם התקדמות מתמשכת של הטכנולוגיה, תפקידם של קווי ייצור אוטומטיים בייצור מודולי סוללה מרובעים נעשה בולט יותר ויותר. לאחר הצגת רובוטים וציוד אוטומציה, יעילות הייצור שופרה מאוד. לדוגמה, בתהליך ההרכבה של מודולי תאי סוללה, ציוד אוטומטי יכול להשלים פעולות מורכבות במהירות מהירה במיוחד, ולקצר מאוד את מחזור הייצור. על פי הסטטיסטיקה, בהשוואה לפעולות ידניות מסורתיות, קווי ייצור אוטומטיים יכולים להשלים כמה פעמים או אפילו עשרות פעמים את עומס העבודה באותו זמן, ולעמוד בביקוש הגובר למודולי סוללה בשוק. זה לא רק משפר את כושר הייצור של הארגון, אלא גם מתאים יותר לסביבת השוק המשתנה במהירות.
2. להפחית את עלויות העבודה
היישום של קווי ייצור אוטומטיים מפחית את התלות במספר רב של עובדים, ובכך מוריד את עלויות העבודה. במצב הייצור המסורתי, נדרשים מספר רב של עובדים לעבודה חוזרת, מה שלא רק מביא לעלויות עבודה גבוהות, אלא גם מקשה על הבטחת יעילות ואיכות הייצור. קווי ייצור אוטומטיים יכולים להשיג ייצור לא מאויש או פחות מאויש, הדורשים רק מספר קטן של צוות טכני לניטור ותחזוקה. במקביל, פעולתם של קווי ייצור אוטומטיים יציבה יותר, מפחיתה את תנודות הייצור והטעויות הנגרמות על ידי גורמים אנושיים, ומשפרת עוד יותר את יעילות הייצור ואיכות המוצר.
3. שפר את יציבות איכות המוצר
פעולה מכנית מדויקת ובקרת איכות קפדנית הם המפתח להבטחת עקביות ודיוק המוצר בקווי ייצור אוטומטיים. ציוד אוטומטי יכול להשלים כל תהליך ייצור בפעולות דיוק גבוהות, מה שמבטיח את דיוק ההרכבה והאיכות של מודולי תאי הסוללה. לדוגמה, בתהליך הריתוך של חיבור חוטים, ציוד ריתוך אוטומטי יכול להבטיח את המוצקות והאמינות של נקודות הריתוך, להפחית את ההתנגדות ולשפר את היעילות של העברת אנרגיה חשמלית. בנוסף, קווי ייצור אוטומטיים יכולים גם לנטר ולעקוב אחר נתונים בזמן אמת במהלך תהליך הייצור. ברגע שמתגלים בעיות, ניתן להתאים אותן ולעבד אותן בזמן. זה עוזר לזהות ולפתור בעיות בזמן, ומשפר את יציבות איכות המוצר.
4. שיפור אבטחה
תהליך ההרכבה של מודולי סוללה מרובעים כרוך בחומרים במתח גבוה ובצפיפות אנרגיה גבוהה, והפעלה ידנית עלולה להוות סיכונים בטיחותיים. קווי ייצור אוטומטיים מפחיתים סיכונים תפעוליים ומשפרים את בטיחות הייצור על ידי אימוץ אמצעי הגנה בטיחותיים ומערכות בקרה חכמות. לדוגמה, בתהליך הבדיקה של מודולי הסוללה, ציוד בדיקה אוטומטי יכול לבדוק באופן מקיף את הביצועים החשמליים והבטיחות של הסוללה, ולהבטיח שהמוצר עומד בתקני הבטיחות. במקביל, מערכות בקרה חכמות יכולות לפקח בזמן אמת על מפגעי בטיחות בתהליך הייצור. ברגע שמתגלים מצבים חריגים, ניתן לנקוט באמצעים בזמן כדי להבטיח את שלומם של אנשי הייצור.
5. הגמישות מוגברת
העיצוב המודולרי מאפשר לפס הייצור האוטומטי להיות בעל גמישות חזקה וניתן להתאים אותו לפי דרישות מוצר ושינויי תהליכים שונים. לדוגמה, כאשר הביקוש בשוק משתנה, ארגונים יכולים לייצר במהירות מוצרים העונים על ביקוש השוק על ידי התאמת שילוב המודולים של קווי ייצור אוטומטיים. גמישות זו מאפשרת לפס הייצור להסתגל לשינויים בשוק ולעמוד בצרכי ייצור מגוונים. במקביל, עיצוב מודולרי גם מקל על תחזוקה ושדרוג של קווי ייצור, ומפחית את עלויות התפעול של ארגונים.
6. הגנת הסביבה ושימור אנרגיה
קווי ייצור אוטומטיים עוזרים להשיג הגנה על הסביבה ושימור אנרגיה על ידי ייעול תהליכי הייצור והפחתת בזבוז אנרגיה מיותר. לדוגמה, בתהליך הייצור, ציוד אוטומטי יכול להתאים את צריכת האנרגיה באופן סביר בהתאם לצרכים בפועל, ולמנוע בזבוז אנרגיה. בנוסף, פסי ייצור אוטומטיים יכולים גם להפחית את פליטת הפסולת והמזהמים בתהליך הייצור, דבר העולה בקנה אחד עם מגמת הפיתוח של ייצור ירוק. זה לא רק מועיל להגנה על הסביבה, אלא גם לביסוס תדמית חברתית טובה לארגונים ולשיפור התחרותיות שלהם.
(2) סיכוי לתהליך הערמה מרובעת
1. ניתוח השוואתי של תהליכי למינציה וליפוף
תהליך הפיתול שולט זה מכבר בתחום סוללות החשמל, בעיקר בשל יעילות הייצור הגבוהה והעלות הנמוכה. מנקודת המבט של היסטוריית הפיתוח, טכנולוגיית הליפוף מיושמת מאז סוללות הצרכן, ועברה את תהליך הפיתוח ממכונות פיתול ידניות, מכונות פיתול חצי אוטומטיות למכונות פיתול אוטומטיות לחלוטין, מה ששיפר מאוד את יעילות הייצור. בתהליך הפיתוח מסוללות צרכניות לסוללות חשמל, הלכה בעקבותיה גם טכנולוגיית הפיתול ונמצאת בשימוש נרחב בסוללות מרובעות וגליליות. נכון להיום, הקיבולת הכוללת המותקנת של סוללות כוח ריבועיות עבור רכבי אנרגיה חדשים בסין היא כ-42.25 GWh, המהווה 74.1% מסך הקיבולת המותקנת, שמרביתן משתמשות בטכנולוגיית פיתול. לעומת זאת, תהליך הלמינציה מיושם כיום בעיקר בתחום של סוללות soft pack עם נתח שוק קטן יותר. לתהליך הלמינציה יש חסרונות ברורים כמו יעילות ייצור נמוכה, מורכבות תהליך גבוהה, בקרת איכות קשה, טביעת רגל גדולה של ציוד ויחס השקעה גבוה לשעה וואט. נכון לעכשיו, היעילות של תעשיית מכונות הלמינציה המקומיות היא בדרך כלל 1-1.2 שניות לכל חתיכה לכל תחנה בודדת. רק כאשר היעילות משתפרת לסביבות 0.2 שניות לכל חתיכה, תהליך הלמינציה יכול להיות דומה בעלות לתהליך הסלילה.
2. גודל סוללה ארוך יותר ויתרונות הערימה
עם התפתחות כלי הרכב החשמליים, חברות מתחילות לפתח שלדות, מודולי סוללות וגדלי תאים לרכבים חשמליים. פלטפורמת ה-MEB של פולקסווגן היא דוגמה טיפוסית, שבה גדלי המודול והתאים של הסוללות שלה גדלים. התעשייה מאמינה בדרך כלל כי מודולים גדולים וסוללות גדולות הן מגמת הפיתוח של סוללות חשמל עתידיות. ככל שהסוללות מתארכות, תהליך הסלילה יהפוך לקשה יותר ויותר להשגה. לתהליך למינציה יש יתרונות משמעותיים בביצועים. באותם תנאים, תהליך למינציה יכול להגדיל את צפיפות האנרגיה של הסוללה ב-5%, את חיי המחזור ב-10%, ואת העלות ב-5%. לדוגמה, Yang Hongxin, המנהל הכללי של Honeycomb Energy, הציג כי צפיפות האנרגיה של סוללות המיוצרות בטכנולוגיה למינציה גבוהה יותר, מה שיכול לענות על הביקוש של כלי רכב חשמליים לטווח; חיי מחזור ארוכים יותר, הפחתת עלויות השימוש למשתמש; עלויות נמוכות יותר שיפרו את התחרותיות של ארגונים.
3. פריצת דרך בציוד לייצור תהליך למינציה
Honeycomb Energy עשתה פריצות דרך משמעותיות בפיתוח ציוד ייצור למינציה. נכון לעכשיו, הושלמו הפיתוח וההחדרה של מכונת למינציה במהירות גבוהה מסתובבת ב-45 מעלות, עם יעילות למינציה של תחנה אחת של עד 0.6 שניות לגיליון. במקביל, חלת הדבש השלימה את האימות של מהירות תחנה בודדת של 0.45s/piece ואת הפיתוח והייצור של אבות טיפוס. צפוי שניתן לפתח ציוד למינציה בתחנה אחת עם מהירות של 0.25s/piece עד 2{{10}}23. עד 2023, תהליך הלמינציה המהיר ביותר של 0.25 שניות יפתור למעשה את בעיית היעילות של תהליך הלמינציה וצפוי לעלות על היעילות של תהליך הליפול. לדוגמה, קו הייצור בשלב הראשון של Honeycomb Energy במפעל Jintan בצ'אנגג'ואו שודרג ליעילות ייצור של תחנה אחת של 0.6 שניות ליחידה, וכושר הייצור יגיע ל-4GWh ב-2021; השלב השני יכול להשיג ערימה במהירות גבוהה תוך 0.45 שניות, עם כושר ייצור של 8GWh עד 2022. בנוסף, ציוד הייצור של טכנולוגיית למינציה במהירות גבוהה של 0.6-שניות של Honeycomb Energy מיוצר בשיתוף פעולה עם זרים ספקי ציוד, בעוד שהציוד של 0.45-שניות תוכנן באופן עצמאי על ידי Honeycomb Energy. יותר מ-10 פטנטים קשורים הוגשו, והוא יפותח במשותף עם שני ספקי ציוד בעתיד.
6. קשיים בתכנון ובתהליך של מודולי סוללה מרובעים
(1) קשיים של סוללת Nezha Tiangong
1. ניתוח קשיי תכנון מבני
סוללת טיאנגונג מתמודדת עם קשיי עיצוב מבניים רבים בתהליך של אינטגרציה ללא מודול. בעת תכנון סוללות CTC מרובע, ההגנה הכוללת תחת בריחת תרמית היא אתגר מרכזי. לתא סוללה משולש בצפיפות אנרגיה של 246Wh/kg יש אנרגיה עצומה, ותא סוללה קרוב ל-1kWh משחרר חום עז. כדי לטפל בבעיה זו, Tiangong Battery נקטה בשורה של צעדים. ראשית, חתיכה אחת של יריעת בידוד משמשת להגנה על הכיסוי העליון של החומר המרוכב, על מנת למנוע נזק חמור למארז הסוללות שנגרם מחום במהלך בריחת תרמית. יחד עם זאת, על מנת לעצב את המגש עם קצוות נמוכים, נעשה שימוש מיוחד בכיסוי חומר מרוכב. מצד אחד, הוא יכול לשפר ביעילות את יכולת כיסוי הקצוות, ומצד שני, יש צורך לוודא שחומר הבידוד יכול להגן על הכיסוי מפני נזקים במהלך בריחת תרמית.
בנוסף, עיצוב מודול פורמט הרשת של Tiangong Battery הביא אתגרים גם לעיצוב מבני. עיצוב זה צריך למלא חומר בידוד תרמי עם מוליכות תרמית נמוכה בדרגת חלל בין הליבות החשמליות, ובמקביל, הוא צריך להשיג בידוד תרמי של יותר מ-1000 מעלות, מעכב בעירה UL94 V0, צבאי תעשייתי. הגנה חשמלית עם תכנון בטיחות יתירות בידוד חשמלי של 800V, תכנון יתירות קצר חשמלי דגימה, תכנון יתירות יתירות של מודול וקצר, כמו כמו גם הגנה מבנית מסוג תא של מסגרת אלומיניום קלת משקל, חוזק גבוה, בטיחות מבנה הרחבה של יותר מ-2000N, ומודול גדול מותאם אישית משולב במיוחד. דרישות אלו מציבות דרישות גבוהות ביותר לבחירת החומרים ולדיוק התהליכים.
2. חקר קשיים במערכת ניהול סוללות
לאחר הצטרפות לניהול ענן, מערכת ניהול הסוללות של Tiangong Battery מתמודדת עם קשיים כמו הערכת אלגוריתם SOH מבוסס ענן המבוססת על כמות גדולה של מיצוי נתונים. ניהול ענן דורש כמות גדולה של איסוף נתונים והעלאה מהירה לפלטפורמות שרתים, מה שמציב אתגרים ליציבות ואבטחת העברת הנתונים. יחד עם זאת, כיצד לחלץ מידע שימושי במדויק מנתונים מסיביים ולבצע הערכת אלגוריתם SOH מבוסס ענן כדי להשיג ניהול טוב יותר של סוללות הוא גם אתגר טכני.
במערכת ברכב, אלגוריתם BMS צריך לספק מצב תפעול בסיסי יותר של הסוללה, בשילוב עם בקרי תחום ואלגוריתמים מבוססי ענן לניהול הסוללה. זה דורש שיתוף פעולה יעיל ומדויק בין אלגוריתמים שונים כדי למנוע קונפליקטים או שיפוט מוטעה. יתרה מכך, עם הצטברות מתמשכת של נתוני הסוללה, כיצד לאחסן, לנהל ולנתח ביעילות את הנתונים כדי לייעל באופן רציף את מערכת ניהול הסוללה הוא גם אתגר לטווח ארוך.
(2) קשיים בריתוך בלייזר של מודול מארז סוללות מרובע של אחסון אנרגיה
1. הסבר על קשיי ריתוך לסוללה מרובעת PACK מודול פס
ישנם קשיים מרובים בריתוך פס המסה של מודול הסוללה המרובע של אחסון האנרגיה. ראשית, חומרים דקים הם נושא בולט, שכן הלחמה וירטואלית נוטה להתרחש כאשר חלקים מרובים מוערמים ומולחמים, וכתוצאה מכך חוזק לא מספיק ומוליכות גרועה. הסיבה לכך היא שלחומרים דקים יש העברת חום לא אחידה במהלך תהליך הריתוך, מה שעלול להוביל בקלות לריתוך לא יציב. בנוסף, רוחב חיבור תפר ריתוך לא מספק יכול גם להוביל לחוזק לא מספיק, ולהשפיע על הביצועים הכוללים של מודול הסוללה.
קשיים אלו מהווים איום על הבטיחות והאמינות של סוללות אחסון אנרגיה. אם איכות הריתוך אינה עומדת בתקנים, עלולות להתרחש בעיות כמו זרם לא יציב, חימום יתר ואפילו תאונות בטיחות במהלך השימוש בסוללה.
2. הצעות פתרונות
הוצעו שורה של פתרונות לטיפול בקשיים אלו. ראשית, שליטה בשטיחות של חומרים נכנסים היא חיונית. באמצעות בדיקת איכות וסינון קפדניים, יש לוודא שהשטוח של חומרי הריתוך עומד בדרישות ולהפחית בעיות ריתוך וירטואליות הנגרמות מחומרים לא אחידים. שנית, עצב מתקנים עם ביצועים מצוינים ושלוט על פער ההידוק. העיצוב של המתקן צריך להיות מסוגל לקבע במדויק את חומר הריתוך, להבטיח יציבות במהלך תהליך הריתוך, ולהימנע מפערים מוגזמים או לא אחידים שעלולים להשפיע על איכות הריתוך.
השימוש בלייזרי סיבי ליבה קטנים וריתוך נדנדה הם גם פתרונות יעילים. לייזרים סיבי ליבה קטנים יכולים לספק צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, מה שהופך את הריתוך לדייק יותר. ריתוך נדנדה יכול להרחיב את רוחב מפרק הריתוך ולשפר את חוזק הריתוך. באמצעות היישום המקיף של פתרונות אלה, ניתן לשפר ביעילות את איכות הריתוך של פס הסוללה המרובע של מעטפת אחסון אנרגיה PACK מודול, ולשפר את הבטיחות והאמינות של הסוללה.