에너지 피드백 배터리 활성화 및 등급 분류 시스템 | TOB-EF256-6G

TOB-EF256-6G 파우치 셀용 에너지 피드백 자동 포메이션 및 등급 분류 시스템

제품 개요 및 이상적인 적용 분야

TOB-EF256-6G는 충전식 리튬 이온 파우치 셀 전용으로 설계된 자동 포메이션 및 등급 분류 시스템입니다. 이 시스템은 256개의 독립 테스트 채널을 결합하며, 각 채널은 0–5 V 전압 범위에서 최대 6 A로 충전 및 방전할 수 있습니다. 또한 셀에서 방전된 에너지를 열로 소모하지 않고 공장의 AC 전력망으로 다시 공급하는 양방향 AC-DC/DC-AC 에너지 피드백 전력 구조를 갖추고 있습니다. 이 설계는 고정밀 전기화학 사이클링을 제공하는 동시에 배터리 생산 라인의 전력 에너지 소비를 크게 줄입니다.

TOB-EF256-6G의 모든 채널은 진정한 4선식(켈빈) 측정 방식을 사용하며, 인접 채널과 전기적으로 절연된 전용 정전류/정전압 전원에 의해 구동됩니다. 전체 256채널 캐비닛은 TOB의 독점 포메이션 소프트웨어를 실행하는 Windows 기반 호스트 컴퓨터에서 Ethernet 또는 RS-485를 통해 하나의 장치처럼 제어됩니다. 이 소프트웨어를 사용하면 사용자가 레시피마다 최대 32단계와 256사이클을 프로그래밍할 수 있으며, 각 단계는 정전류 충전, 정전압 충전, 정전류 방전 또는 휴지 상태로 선택할 수 있습니다. 모든 채널에 대해 실시간 전압/전류/용량/에너지 곡선이 표시되며, 모든 원시 데이터와 단계 종료 결과는 로컬에 저장되고 선택적으로 서버 데이터베이스에 업로드되어 MES 통합을 지원합니다.

TOB-EF256-6G의 기계 설계는 파우치 셀 취급에 맞게 최적화되었습니다. 캐비닛은 4개의 도어로 나뉘며, 각 도어에는 트레이 양쪽에 로드된 셀을 배치할 수 있도록 구성된 16개 층의 지그가 포함되어 있습니다. 모터 구동식 수직 클램핑 메커니즘은 전체 지그 뱅크를 동시에 열고 닫아 셀 로딩 및 언로딩 속도를 향상시킵니다. 지그 트레이는 분할 설계이며, 양극 및 음극 전극 접점 간격을 조절할 수 있어 탭 간 거리가 최대 120 mm인 파우치 셀을 수용할 수 있습니다.

적합 대상:

• 셀을 모듈로 조립하거나 완제품으로 출하하기 전에 중요한 포메이션(첫 충전, SEI 형성) 및 용량 등급 분류 단계를 수행하는 리튬 이온 파우치 셀 생산 라인.
• 전체 규모 생산 시스템과 동일한 전기적 정밀도와 데이터 추적성을 유지하면서 배치당 최대 256개 셀을 처리할 수 있는 단일 캐비닛이 필요한 배터리 파일럿 라인.
• 방전 에너지의 상당 부분을 회수하는 에너지 피드백 시스템을 도입하여 포메이션 영역의 전기 운영 비용을 줄이고자 하는 제조업체.
• 초기 개방 회로 전압부터 최종 용량 등급까지 모든 셀의 포메이션 및 등급 분류 데이터를 영구적이고 감사 가능한 디지털 기록으로 관리해야 하는 품질 관리 부서.

목표 포메이션 프로토콜에서 256채널로 달성 가능한 처리량을 알고 싶으신가요? 셀 용량과 충전 속도를 가지고 당사의 포메이션 시스템 엔지니어에게 문의하십시오.

파우치 셀 제조에서 포메이션 및 등급 분류의 위치

포메이션 및 등급 분류 단계는 셀 조립과 최종 출하 사이에 위치하며, 두 가지 뚜렷한 목적을 수행합니다:

1. 포메이션:새롭게 조립된 파우치 셀에는 건식 분리막과 초기 상태의 전극 세트가 포함되어 있습니다. 첫 충전이 적용되면 전해질은 음극 표면에서 제어된 방식으로 분해되어 고체 전해질 계면(SEI)을 형성합니다. 이 SEI는 셀의 장기 안정성에 필수적이지만 소량의 리튬을 소비하고 가스를 생성합니다. 포메이션 프로토콜은 충전 전류, 전압 유지, 휴지 기간, 경우에 따라 탈기 단계를 신중하게 정의한 순서로 구성되며, 높은 정확도와 반복성으로 실행되어야 합니다. 포메이션 전압 또는 전류의 변화는 불균일한 SEI 성장과 셀 용량 및 내부 저항의 큰 편차를 초래할 수 있기 때문입니다.
2. 등급 분류:포메이션 후 각 셀은 방전 및 재충전(일반적으로 하나 이상의 사이클)을 거쳐 실제 용량, 에너지 및 내부 저항을 측정합니다. 이후 셀은 용량 등급별로 분류되며(일반적으로 목표 용량의 ±1% 이내), 동일한 모듈 또는 팩에 조립되는 셀이 서로 유사한 전기적 특성을 갖도록 합니다. TOB-EF256-6G는 용량 등급 분류, 시간 등급 분류, 용량+곡선 등급 분류, 시간+곡선 등급 분류, 용량+전압 등급 분류 및 고정 전압 등급 분류를 포함한 다양한 분류 전략을 지원하여 생산 엔지니어가 현장 성능과 가장 잘 연관되는 방법을 선택할 수 있도록 합니다.

포메이션과 등급 분류를 하나의 256채널 캐비닛에 결합함으로써 TOB-EF256-6G는 셀 취급 과정을 줄입니다. 동일한 지그가 첫 번째 포메이션 충전부터 최종 등급 분류 방전까지 셀을 고정하므로 장비 간 셀 이동이 필요 없고 탭 손상이나 오염 위험이 감소합니다.

에너지 피드백 시스템 작동 방식

TOB-EF256-6G는 셀 사이클링 중 전기 에너지 흐름 방식을 근본적으로 변화시키는 양방향 AC-DC/DC-AC 전력 구조를 사용합니다:

충전 시:

• 각 채널의 정전류/정전압 전원은 양방향 전원 공급 장치의 AC-DC 단계에서 공급되는 내부 14 V DC 버스에서 DC 전력을 끌어옵니다.
• AC-DC 단계는 AC 전력망 전기(3상, 380 V)를 조정된 DC로 변환하며, 변환 효율은 기존 선형 정전류 전원보다 본질적으로 높습니다.
• 충전 중 전체 에너지 흐름은 다음과 같습니다: (전력망 전기 + 동시에 방전 중인 다른 셀의 에너지) → AC-DC 양방향 인버터 → DC 버스 → 채널별 DC-DC 회로 → 셀.

방전 시:

• 셀에 저장된 에너지는 채널별 DC-DC 회로를 통해 피드백되며, 이 회로는 셀 전압을 내부 DC 버스 전압으로 승압합니다.
• 양방향 전원 공급 장치의 DC-AC 단계는 이후 이 DC 에너지를 AC로 변환하고 공장의 AC 전력망과 동기화합니다.
• AC 전력은 공장의 로컬 AC 버스로 흐르며, 다른 장비(충전 중인 다른 TOB-EF256-6G 캐비닛 포함)와 조명, HVAC, 사무 장비 같은 일반 공장 부하에서 우선적으로 소비됩니다.
• 공장의 순간 소비량을 초과하는 에너지만 외부 전력망으로 다시 공급됩니다.

효율 사양:

• 충전 전원 출력 변환 효율: > 70%(소프트웨어에 기록된 배터리 충전 에너지를 전력 미터가 측정한 소비 전력으로 나눈 후 ×100%로 계산).
• 방전 전원 피드백 효율: > 65%(전력 미터의 역방향 유효 에너지를 소프트웨어에 기록된 배터리 방전 에너지로 나눈 후 ×100%로 계산).

이러한 효율 수치는 용량 테스트 중 셀에서 방전되는 에너지 1 kWh마다 약 0.65 kWh가 저항 부하 뱅크를 통해 열로 소모되는 대신 공장 내에서 회수되어 재사용된다는 의미입니다.

주요 시스템 기능

▶ 256개 독립 절연 채널

256개 채널 각각은 다른 채널과 전기적으로 절연된 자체 정전류/정전압 전원을 갖습니다. 채널별 전류 범위는 5–6000 mA이며, 소형 파우치 셀(예: 150 mAh)부터 대형 파일럿 생산 셀까지의 포메이션 요구 사항을 충족합니다. 모든 채널은 캐비닛 컨트롤러에 의해 그룹으로 지정되고 제어되지만 각 채널의 전기 회로는 완전히 독립적이므로 한 채널의 고장이 다른 채널에 영향을 주지 않습니다.

▶ 4선식 켈빈 연결을 통한 높은 측정 정확도

전류 정확도는 풀 스케일의 ±0.05%와 판독값의 ±0.05%이며, 전압 정확도는 ±2 mV입니다. 이러한 사양은 진정한 4선식 측정 방식으로 구현되며, 이 방식은 지그 접점에서 전류 전달 리드와 전압 감지 리드를 분리하여 리드 저항과 접촉 저항이 측정된 셀 전압에 미치는 영향을 제거합니다. 전체 256채널 캐비닛 스캔은 ≤ 3초 이내에 완료되며, 최소 데이터 기록 간격은 5초입니다.

▶ 모터 구동 자동 클램핑을 적용한 모듈형 구조

캐비닛은 4개의 도어로 나뉘며, 각 도어에는 16층의 지그가 장착되어 있습니다(총 256개 채널). 셀 로딩 및 언로딩은 하나의 도어에 있는 모든 지그를 동시에 열거나 닫는 모터 구동 수직 클램핑 메커니즘으로 가속됩니다. 지그 트레이는 분할 설계로 되어 있어 양극 및 음극 접촉 어셈블리를 독립적으로 이동할 수 있으며, 접촉 간격을 최대 120 mm까지 조정하여 탭 간격이 서로 다른 파우치 셀에 대응할 수 있습니다. 각 트레이를 따라 지점 간 접촉 간격은 168 mm입니다.

▶ 에너지 피드백 구조로 운영 비용 절감

양방향 AC-DC/DC-AC 전원 공급 장치는 그렇지 않으면 낭비될 방전 에너지의 상당 부분을 회수합니다. 용량 측정을 위해 셀을 여러 번 방전하는 일반적인 화성 및 등급 분류 공정에서는 회수된 에너지가 공장의 전기 요금을 직접 줄이고 공장 냉방 시스템의 열 부하를 낮춥니다.

▶ 유연한 다단계 레시피 프로그래밍

Ethernet 또는 RS-485를 통해 연결된 Windows PC에서 실행되는 호스트 소프트웨어는 레시피당 최대 32단계와 256사이클을 프로그래밍할 수 있습니다. 각 단계는 정전류 충전, 정전압 충전, 정전류/정전압 충전, 정전류 방전 또는 휴지 상태로 설정할 수 있습니다. 단계는 전류, 전압, 시간 또는 용량 조건에 따라 종료되도록 설정할 수 있습니다. 이러한 유연성은 다단계 습윤, 가스 생성 및 탈기 시퀀스와 같은 복잡한 화성 공정을 지원합니다.

▶ 종합 데이터 기록 및 MES 연결

모든 채널과 모든 단계에 대한 상세 원시 데이터는 개별 공정 파일 형태로 PC에 로컬 저장됩니다. 단계 종료 결과(개방 회로 전압, 평균 전압, 단계 시간, 전류, 용량, 플래토 용량)는 공정 실행당 하나의 표준 MDB 데이터베이스 파일에 저장됩니다. 데이터 서버가 구성된 시설에서는 결과를 서버 데이터베이스에 자동으로 업로드할 수 있으며, MDB 파일은 공장 MES와 직접 통합할 수 있는 표준 데이터베이스 형식으로 사용됩니다. 이 구조는 완전한 디지털 추적 기록을 보존하고 지속적인 공정 개선에 필요한 통계 분석을 지원합니다.

▶ 셀 추적성을 위한 바코드 스캔

TOB-EF256-6G는 순차 스캔 및 채널 점프 스캔을 포함한 바코드 스캔을 지원하므로 각 셀의 고유 바코드가 처리되는 특정 채널에 연결됩니다. 바코드 데이터는 화성 및 등급 분류 결과와 함께 저장되어 입고 셀부터 최종 용량 등급까지 완전한 정방향 및 역방향 추적성을 제공합니다.

▶ 종합 보호 및 경보 기능

시스템은 하드웨어 및 소프트웨어 기반 보호 기능을 통해 셀과 장비 자체를 보호합니다: 과전류, 저전류, 과전압, 저전압, 과용량 및 누설 전류 감지 기능을 제공합니다. 충전 과전압과 방전 저전압은 하드웨어 회로와 소프트웨어 제한값으로 모두 보호되어, 제어 소프트웨어가 오작동하더라도 셀을 보호하는 이중 안전 계층을 제공합니다.

기술 사양

추가 기능 사양

기계 사양

시스템 구성

공급되는 TOB-EF256-6G 화성 및 등급 분류 시스템은 다음 주요 요소로 구성됩니다:

1. 리튬 이온 배터리 화성 및 등급 분류 장비(위에서 설명한 256채널 캐비닛).
2. USB 및 Ethernet 인터페이스가 있는 호스트 컴퓨터.
3. 통신 변환기 및 케이블(USB-대-RS-485 변환기와 통신 케이블 또는 Category-5 네트워크 케이블 및 RJ45 커넥터).
4. Windows용 TOB 화성 및 등급 분류 소프트웨어.

호스트 컴퓨터는 캐비닛 컨트롤러에 연결되어 명령을 전송하고 모든 채널의 데이터를 수집합니다. 채널별 정전류/정전압 보드는 컨트롤러의 CPU에 응답하여 충전 및 방전 과정 모두에서 정전류 및 정전압 제어를 제공합니다.

충전 중 양방향 전원 공급 장치는 AC 상용 전력을 14 V DC 버스로 변환하고, 각 채널 보드는 셀에 공급되는 전류를 조절합니다. 방전 중에는 과정이 반대로 진행됩니다. 각 채널 보드는 먼저 셀 전압을 내부 DC 버스로 승압하고, 양방향 전원 공급 장치는 해당 DC 전력을 AC로 변환하여 공장의 AC 배전망으로 공급합니다. 이 구조는 사양에 설명된 에너지 피드백 기능을 구현합니다.

실제 운용 및 유지보수 권장 사항

• 교정:기기의 전압 및 전류 채널은 내장 디지털 교정 절차를 사용하여 6개월마다 재교정해야 합니다. 교정은 전적으로 소프트웨어 기반이며 캐비닛 내부의 가변 저항기를 조정할 필요가 없습니다. 기준 표준으로 인증된 디지털 멀티미터가 필요합니다.
• 치구 접점 유지보수:각 치구의 4선식 Kelvin 접점은 마모, 오염 또는 산화 여부를 정기적으로 검사해야 합니다. 오염된 전압 감지 접점은 잘못된 높은 전압 값을 생성하여 부정확한 용량 결과를 초래합니다. 캐비닛이 작동하지 않을 때 이소프로필 알코올과 보풀이 없는 와이프로 접점을 청소하십시오.
• 에너지 피드백 운전:에너지 피드백 기능은 셀이 방전될 때마다 자동으로 작동합니다. 작업자의 개입은 필요하지 않습니다. 에너지 회수 효율은 연결된 모든 캐비닛에서 동시에 충전 및 방전되는 셀 수에 따라 달라집니다. 가장 높은 회수 효율은한 그룹의 셀 방전 전력이 다른 그룹에서 요구하는 충전 전력과 밀접하게 일치할 때 달성됩니다.
• 데이터 백업:로컬 PC는 모든 공정 데이터를 삭제 없이 저장하지만, 각 생산 배치 종료 시 MDB 결과 파일과 상세 공정 파일을 네트워크 드라이브 또는 서버에 백업할 것을 강력히 권장합니다. 이를 통해 로컬 PC의 하드 드라이브에 장애가 발생하더라도 데이터에 계속 접근할 수 있습니다.
• 소프트웨어 작업 흐름:생산 배치를 시작하기 전에 TOB 화성 소프트웨어에서 적절한 레시피를 생성하거나 불러옵니다. 추적성이 필요한 경우 바코드 스캔 순서를 정의합니다. 모든 채널이 교정되었고 처리 중인 셀 모델에 대한 과전압 및 저전압 보호 한계가 올바르게 설정되었는지 확인합니다. 배치가 완료된 후 등급 분류 유틸리티를 사용하여 선택한 등급 분류 방식에 따라 셀을 용량별 구간으로 분류하고, 팩 조립을 위해 분류 보고서를 내보냅니다.

파우치 셀 생산 라인을 위한 고정밀, 에너지 효율적인 화성 및 등급 분류 시스템을 도입할 준비가 되셨습니까? TOB-EF256-6G 견적을 요청하거나 화성 시스템 엔지니어에게 문의하여 특정 셀 유형, 목표 처리량 및 MES 통합 요구 사항을 논의하십시오.

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

추가로 필요할 수 있는 항목

1. 파우치 셀 성형 및 등급 분류용 5V1A 충방전 기계— 저용량 파우치 셀의 실험실 규모 또는 파일럿 화성 및 등급 분류를 위해 설계된 소규모, 저전류 충방전 시스템입니다. 연구개발 배치용 벤치탑 형식에서 TOB-EF256-6G와 유사한 정밀도를 제공합니다.
2. 리튬 파우치 셀 화성용 핫 프레스 기계 — 파우치 셀 생산의 화성 및 탈기 단계에서 제어된 열과 압력을 적용합니다. 핫 프레스는 가스를 배출하고, 전극-분리막 계면 접촉을 개선하며, 셀이 전기 사이클링 및 등급 분류를 위해 TOB-EF256-6G로 진행되기 전에 균일한 SEI 층을 형성하도록 돕습니다.
3. 파우치 셀 2차 진공 밀봉 및 가장자리 절단 일체형 기계 — 화성 및 탈기 후 2차 진공 밀봉과 가장자리 트리밍을 수행하는 통합 스테이션입니다. TOB-EF256-6G와 원활하게 통합되어 완전한 파우치 셀 마감 라인을 구성하며, 최종 검사 및 출하를 위한 셀을 준비합니다.