1. Tổng quan về Mô-đun pin Square Shell
Các mô-đun pin vỏ vuông đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và với những ưu điểm công nghệ độc đáo, chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
(1) Danh sách các trường ứng dụng phổ biến
Trong lĩnh vực xe điện, mô-đun pin vỏ vuông là một trong những thành phần cốt lõi cung cấp năng lượng hỗ trợ cho xe. Mật độ năng lượng cao của nó có thể đáp ứng yêu cầu của các phương tiện sử dụng năng lượng mới trong phạm vi hoạt động. Ví dụ, các thương hiệu xe năng lượng mới phổ biến trên thị trường như DJI và Yihang chủ yếu sử dụng pin lithium làm nguồn năng lượng, với thời lượng hoạt động hơn 30 phút, đáp ứng nhu cầu chụp ảnh của người dùng. Đồng thời, mô-đun pin vỏ vuông có đặc điểm là tuổi thọ dài, độ an toàn cao và khả năng thích ứng với môi trường tốt, có thể đáp ứng nhu cầu của phương tiện năng lượng mới về hiệu suất năng lượng, an toàn và tiết kiệm chi phí.
Trong lĩnh vực thiết bị lưu trữ năng lượng, mô-đun pin vỏ vuông chủ yếu được sử dụng để xây dựng hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn nhằm cân bằng cung cầu lưới điện, cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của lưới điện. Các hệ thống lưu trữ năng lượng này có thể lưu trữ năng lượng điện trong thời gian tải thấp của lưới điện và giải phóng nó trong giờ cao điểm, giảm bớt hiệu quả chênh lệch thung lũng đỉnh của lưới điện và cải thiện tính kinh tế cũng như hiệu quả vận hành lưới điện. Ngoài ra, mô-đun pin vỏ vuông còn được sử dụng rộng rãi trong các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo, như hệ thống lưu trữ năng lượng cho các nhà máy điện mặt trời và điện gió, nhằm đảm bảo cung cấp ổn định và sử dụng hiệu quả năng lượng tái tạo.
Trong lĩnh vực máy bay không người lái, pin là một trong những thành phần cốt lõi của máy bay không người lái và các mô-đun pin vỏ vuông cung cấp hỗ trợ năng lượng mạnh mẽ cho máy bay không người lái nhờ mật độ năng lượng cao, trọng lượng nhẹ và tuổi thọ dài. Ví dụ, ở Trung Quốc, thị trường máy bay không người lái đã cho thấy xu hướng tăng trưởng nhanh chóng trong vài năm qua và cho thấy tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực như chụp ảnh trên không, nông nghiệp, lâm nghiệp, điện và hậu cần.
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, mô-đun pin vỏ vuông đã được sử dụng rộng rãi do độ tin cậy và ưu điểm an toàn cao. Trong quá trình thiết kế và sản xuất mô-đun pin vỏ vuông, người ta chú trọng đến việc cải thiện độ tin cậy và độ ổn định của sản phẩm. Bằng cách sử dụng vật liệu chất lượng cao, quy trình tiên tiến và hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, mô-đun pin đảm bảo hiệu suất ổn định trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau.
2. Những điểm chính trong thiết kế của mô-đun pin vỏ vuông
(1) Ưu điểm của mật độ năng lượng cao
Hình dạng tế bào của mô-đun pin vỏ vuông là hình vuông, cho phép nó lưu trữ nhiều năng lượng điện hơn với cùng thể tích và trọng lượng. Thiết kế này tận dụng tối đa không gian bên trong của bộ pin, nâng cao hiệu quả sử dụng không gian. Lấy xe điện làm ví dụ, mô-đun pin vỏ vuông mật độ năng lượng cao có thể cải thiện đáng kể phạm vi hoạt động của xe và đáp ứng nhu cầu di chuyển đường dài của người dùng. Trong lĩnh vực thiết bị lưu trữ năng lượng, mật độ năng lượng cao cũng quan trọng không kém vì nó có thể lưu trữ nhiều năng lượng điện hơn trong một không gian hạn chế để đáp ứng nhu cầu lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Theo thống kê, các thiết bị lưu trữ năng lượng sử dụng mô-đun pin vỏ vuông có thể tăng mật độ năng lượng lên hơn 20% so với pin truyền thống.
(2) Đặc điểm tận dụng không gian cao
So với pin hình trụ truyền thống, thiết kế hình vuông của các mô-đun pin vỏ vuông có thể được sắp xếp chặt chẽ hơn với nhau. Điều này không chỉ giảm lãng phí không gian mà còn cho phép bộ pin mang được nhiều pin hơn trong một thể tích hạn chế, từ đó cải thiện mật độ năng lượng tổng thể. Trong các tình huống ứng dụng hạn chế về không gian như xe điện, việc tận dụng không gian cao là đặc biệt quan trọng. Ví dụ, trong một số xe điện nhỏ gọn có không gian hạn chế, việc sử dụng không gian cao của mô-đun pin vỏ vuông có thể cung cấp cho xe nhiều dung lượng pin hơn, từ đó tăng phạm vi hoạt động.
(3) Đảm bảo tính bảo mật cao
Các mô-đun pin vỏ vuông thường sử dụng vật liệu có độ bền cao như nhôm làm vỏ ngoài, có độ bền và độ dẻo dai cao. Thiết kế này có thể ngăn ngừa hiệu quả hiện tượng đoản mạch, rò rỉ pin và các vấn đề khác, nâng cao độ an toàn của pin. Ngoài ra, mô-đun pin vỏ vuông còn áp dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ hàn kín bằng laser để tăng cường khả năng niêm phong của bộ pin và đảm bảo hơn nữa sự an toàn của pin. Ví dụ: một số mô-đun pin vỏ vuông có thể duy trì hiệu suất ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, điện áp cao, va chạm, v.v. sau khi kiểm tra an toàn nghiêm ngặt và pin sẽ không phát nổ, bắt lửa hoặc các tình huống nguy hiểm khác.
(4) Hiệu suất có độ tin cậy cao
Trong quá trình thiết kế và sản xuất, mô-đun pin vỏ vuông tập trung vào việc nâng cao độ tin cậy và ổn định của sản phẩm. Bằng cách sử dụng vật liệu chất lượng cao, quy trình tiên tiến và hệ thống kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, mô-đun pin đảm bảo hiệu suất ổn định trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Ví dụ, trong ngành hàng không vũ trụ, yêu cầu về độ tin cậy đối với pin là cực kỳ cao. Các mô-đun pin vỏ vuông có độ tin cậy cao, có thể hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho máy bay.
(5) Khả năng tùy biến cao
Thiết kế hình vuông giúp mô-đun pin vỏ vuông có khả năng tùy biến cao. Do thiết kế hình vuông có tính tự do cao hơn nên nó có thể được tùy chỉnh theo các tình huống và yêu cầu ứng dụng khác nhau. Ví dụ: các mô-đun pin đáp ứng các yêu cầu cụ thể như kiểu xe, dung lượng pin và tốc độ sạc có thể được tùy chỉnh. Tính linh hoạt này cho phép mô-đun pin vỏ vuông thích ứng tốt hơn với nhu cầu thị trường và đáp ứng nhu cầu cá nhân hóa của các khách hàng khác nhau.
(6) Bảo vệ môi trường và bền vững
Trong quá trình sản xuất và sử dụng, mô-đun pin vỏ vuông chú ý đến việc bảo vệ môi trường và tính bền vững. Nhiều doanh nghiệp sản xuất sử dụng vật liệu không gây ô nhiễm và thân thiện với môi trường trong quá trình sản xuất, đồng thời chú ý đến việc tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Ngoài ra, mô-đun pin vỏ vuông còn có vòng đời và giá trị tái chế cao, giúp giảm tiêu thụ tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Theo thống kê, tuổi thọ của mô-đun pin vỏ vuông có thể lên tới hàng nghìn lần, cao hơn so với pin truyền thống. Trong khi đó, mô-đun pin vỏ vuông tái chế có thể được tái sử dụng, giúp giảm hơn nữa tác động của nó đến môi trường.
3. Giới thiệu quy trình module pin vỏ vuông
(1) Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Quy trình của dây chuyền sản xuất GÓI mô-đun pin vỏ vuông bắt đầu với giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, đây là giai đoạn rất quan trọng. Nguyên liệu thô cho các thành phần pin như vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm và chất điện phân giống như nền tảng của một tòa nhà và chất lượng của chúng quyết định trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Ở giai đoạn này, việc kiểm soát chất lượng đặc biệt quan trọng và các nhà sản xuất cần thiết lập một hệ thống kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo rằng mọi nguyên liệu thô đều đáp ứng các tiêu chuẩn cao về yêu cầu chất lượng. Ví dụ, thử nghiệm nghiêm ngặt được tiến hành về độ tinh khiết của vật liệu điện cực dương để đảm bảo vận chuyển ion hiệu quả trong quá trình sạc và xả pin. Đồng thời, đánh giá độ ổn định của vật liệu điện cực âm để tránh những phản ứng bất lợi trong quá trình sử dụng. Chỉ những nguyên liệu thô đã trải qua quá trình sàng lọc nghiêm ngặt mới có thể tạo nền tảng vững chắc cho các bước quy trình tiếp theo.
(2) Quy trình sản xuất pin
Là thành phần cốt lõi của pin, pin được sản xuất bằng công nghệ sản xuất pin tiên tiến. Quá trình cuộn dây hoặc xếp chồng có thể kết hợp chính xác các vật liệu điện cực dương và âm với nhau để tạo thành cấu trúc tế bào pin ổn định. Trong quá trình này, yêu cầu độ chính xác và tính nhất quán cao. Ví dụ, bằng cách kiểm soát chính xác độ căng và tốc độ cuộn dây, cấu trúc bên trong của từng cell pin được đảm bảo đồng nhất và nhất quán, từ đó đảm bảo tính ổn định về hiệu suất. Đồng thời, quá trình xếp chồng đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ độ dày và sự liên kết của từng lớp vật liệu để cải thiện mật độ năng lượng và vòng đời của pin. Chìa khóa của bước này là đảm bảo tính nhất quán và ổn định về hiệu suất của pin, cung cấp các thành phần cốt lõi chất lượng cao cho các bước quy trình tiếp theo.
(3) Quy trình kiểm tra tế bào
Sau khi hoàn thành việc sản xuất pin, việc kiểm tra pin được tiến hành ngay. Bằng cách tiến hành kiểm tra toàn diện về hiệu suất điện của pin, chẳng hạn như điện áp, công suất, điện trở trong và các thông số khác, chúng tôi có thể sàng lọc ra những pin đáp ứng tiêu chuẩn. Giai đoạn này giống như việc chọn lính, chỉ những cell pin tốt nhất mới có thể bước vào giai đoạn tiếp theo. Theo thống kê, sau khi kiểm tra và sàng lọc nghiêm ngặt, các tế bào pin có thể hoạt động tốt hơn trong quá trình sản xuất tiếp theo, cải thiện đáng kể chất lượng và độ tin cậy của toàn bộ mô-đun pin. Đảm bảo rằng mỗi cell pin có thể hoạt động tốt trong quá trình sản xuất tiếp theo, cung cấp nền tảng đáng tin cậy cho việc lắp ráp mô-đun.
(4) Quy trình lắp ráp mô-đun
Trong giai đoạn lắp ráp mô-đun, thiết bị lắp ráp tự động hóa cao đóng vai trò quan trọng. Các tế bào pin được lắp ráp thành các mô-đun một cách có trật tự, hoàn thành các bước như sắp xếp tế bào, nối dây và bổ sung vật liệu cách điện. Thiết bị tự động có thể đảm bảo độ chính xác và tốc độ lắp ráp của từng mô-đun, nâng cao hiệu quả sản xuất. Ví dụ, trong quá trình sắp xếp các tế bào pin, việc định vị cơ học chính xác đảm bảo khoảng cách đều nhau giữa các tế bào, điều này có lợi cho việc tản nhiệt và cải thiện hiệu suất. Việc hàn dây kết nối đòi hỏi thiết bị hàn có độ chính xác cao để đảm bảo kết nối chắc chắn và đáng tin cậy, giảm điện trở và nâng cao hiệu suất truyền năng lượng. Việc bổ sung vật liệu cách nhiệt có thể ngăn ngừa rò rỉ và đoản mạch một cách hiệu quả, đồng thời cải thiện độ an toàn của các mô-đun pin.
(5) Công nghệ so khớp tế bào
Để cải thiện hiệu suất tổng thể, dây chuyền sản xuất PACK mô-đun pin vỏ vuông áp dụng công nghệ khớp tế bào. Bằng cách khớp chính xác hiệu suất của các tế bào pin, tính nhất quán của từng mô-đun trong quá trình sạc và xả được đảm bảo. Điều này giống như việc thành lập một ban nhạc xuất sắc, trong đó mỗi nhạc cụ cần được phối hợp và nhất quán để chơi một bản nhạc hay. Ví dụ: việc kết hợp dựa trên các thông số như dung lượng pin và điện trở trong cho phép các tế bào trong mỗi mô-đun hoạt động đồng bộ trong quá trình sạc và xả, giảm tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể cũng như tuổi thọ của các bộ phận pin.
(6) Các bước kiểm tra đóng gói và chất lượng
Sau khi hoàn tất việc lắp ráp module, sản phẩm bước vào công đoạn đóng gói. Đồng thời, việc kiểm tra chất lượng toàn diện được tiến hành đối với các bộ phận của pin để đảm bảo sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng. Trong quá trình đóng gói, vật liệu đóng gói chắc chắn và thân thiện với môi trường được sử dụng để bảo vệ sản phẩm khỏi bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển và bảo quản, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về môi trường. Quy trình kiểm tra chất lượng tiến hành kiểm tra toàn diện về hình thức bên ngoài và chức năng của sản phẩm, bao gồm kiểm tra các vết xước ở lớp vỏ bên ngoài, các kết nối chắc chắn và việc tuân thủ các tiêu chuẩn về hiệu suất. Để đảm bảo rằng người dùng nhận được sản phẩm pin chất lượng cao và đáng tin cậy.
(7) Quy trình kiểm nghiệm thành phẩm
Thử nghiệm sản phẩm cuối cùng được thực hiện trên dây chuyền sản xuất, kiểm tra toàn diện hiệu suất điện, độ an toàn và các khía cạnh khác của GÓI mô-đun pin tổng thể. Bước này giống như bước kiểm tra cuối cùng của sản phẩm, đảm bảo mức chất lượng trước khi xuất xưởng và đáp ứng nhu cầu của thị trường, khách hàng. Ví dụ, tiến hành kiểm tra hiệu suất điện để kiểm tra xem công suất, điện áp, điện trở trong và các thông số khác của mô-đun pin có đáp ứng yêu cầu thiết kế hay không; Tiến hành kiểm tra an toàn, bao gồm hiệu suất khi sạc quá mức, xả quá mức, đoản mạch, nhiệt độ cao và các điều kiện khác. Chỉ những sản phẩm đã vượt qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt này mới có thể được đưa ra thị trường và cung cấp nguồn điện hỗ trợ đáng tin cậy cho người dùng.
4. Trường hợp thiết kế mô-đun pin vỏ vuông
(1) Thiết kế mô-đun pin SAIC-GM Ultium
1. Giới thiệu đặc điểm của 3 loại module
Thiết kế mô-đun pin Ultium của SAIC GM có những tính năng độc đáo. Nó bao gồm một gói pin mềm và hai ô vỏ vuông có độ dày khác nhau để tạo thành nền tảng pin, giúp mô-đun tương thích về kích thước tổng thể. Cho dù ở các mẫu xe điện khác nhau hay trong các tình huống sử dụng khác nhau, nó đều có thể được áp dụng linh hoạt.
Cả ba mô-đun đều áp dụng phương pháp làm mát tích hợp mô-đun, tích hợp tấm làm mát bằng nước ở phía dưới. Thiết kế này có thể giảm nhiệt độ pin một cách hiệu quả, cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của pin. Theo dữ liệu liên quan, mô-đun pin sử dụng mô-đun làm mát tích hợp có thể giảm nhiệt độ pin hơn 10% so với các phương pháp làm mát truyền thống.
Mô-đun vỏ vuông áp dụng phương thức đầu ra hai thiết bị đầu cuối, trong khi mô-đun gói mềm áp dụng phương thức đầu ra thiết bị đầu cuối duy nhất. Thiết kế này giúp Pack tương thích với hai kết nối thanh cái điện áp cao khác nhau và thiết kế tổng thể được đơn giản hóa do không có đường truyền và lấy mẫu điện áp thấp. Điều này không chỉ làm giảm chi phí sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.
2. Màn hình thiết kế mô-đun vỏ vuông
SAIC General Motors đã chứng minh rõ ràng pin vỏ vuông của Ultium, chủ yếu được chia thành hai loại pin có độ dày khác nhau (có cùng chiều cao và chiều rộng). Trong thiết kế van xả cho pin, hai loại pin đã trải qua các phương pháp xử lý khác nhau. Thiết kế này có thể cải thiện hiệu quả độ an toàn của pin và ngăn ngừa cháy nổ trong trường hợp sạc quá mức, xả quá mức, đoản mạch và các tình huống khác.
Về mặt bảo vệ thoát nhiệt, các biện pháp sau đây chủ yếu được thực hiện: vật liệu cách nhiệt được sử dụng để bảo vệ khoảng cách giữa mỗi tế bào pin và tấm mica được sử dụng để chặn van giảm áp phía trên tế bào pin. Điều này đảm bảo sự an toàn của pin ngay cả khi nắp trên của mô-đun pin bằng nhựa. Trong khi đó, hệ thống làm mát tích hợp cũng có thể giúp cải thiện khả năng tản nhiệt của pin ở trạng thái bình thường và thoát nhiệt, giảm nhiệt độ pin, đồng thời nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Không có thiết kế giao diện điện áp thấp nào được thấy trong mô-đun này và phần nhô ra có thể là PCBA của CMU không dây được lắp vào. Phần này được cấp nguồn và lấy mẫu thông qua FPC và được bắc cầu trước. Thiết kế này không chỉ cải thiện khả năng tích hợp các mô-đun pin mà còn giảm chi phí sản xuất.
3. Giải thích về thiết kế mô-đun gói phần mềm
Thiết kế của mô-đun gói mềm không phải là trọng tâm của thiết kế được phát hành tại Trung Quốc nên chỉ có một mô-đun được hiển thị mà không mổ xẻ. Mô-đun gói mềm và mô-đun vỏ vuông có cùng kích thước và điểm lắp đặt, đồng thời được xử lý bằng cùng một đầu ra đầu cuối trên giao diện đầu ra bus của mô-đun. Do không gian theo hướng Z của mô-đun nên không thể nhìn thấy cấu trúc nhô ra của CMU không dây ở đây.
Thiết kế của mô-đun gói mềm thể hiện hình ảnh động của các tế bào pin và thiết kế, thực tế khá giống với khái niệm về khả năng tương thích giữa gói mềm MEB và thiết kế vỏ vuông của Volkswagen. Nhờ mô-đun gói mềm, General Motors đã bố trí hai concept xếp chồng với các hướng khác nhau, được thiết kế với chiều cao và công suất khác nhau, mang đến cho người dùng nhiều sự lựa chọn hơn.
(2) Thiết kế pin Model 3 phiên bản Tesla LFP
1. Mô tả kích thước thiết kế tương thích mô-đun
Mô-đun pin Model 3 phiên bản Tesla LFP áp dụng thiết kế tương thích, với hai cấu hình khác nhau là 25 ô và 28 ô, tổng cộng là 106 ô, được tạo thành hai thông số kỹ thuật mô-đun để tương thích với thiết kế mô-đun ba ngôi ban đầu. Thiết kế này có thể giảm chi phí sản xuất một cách hiệu quả và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Theo dữ liệu liên quan, mô-đun pin có thiết kế tương thích này có thể giảm hơn 20% chi phí sản xuất so với thiết kế truyền thống. Đồng thời, thiết kế này còn có thể nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của pin, đáp ứng yêu cầu của người dùng đối với các dòng xe điện.
2. Giới thiệu về tấm làm mát bằng nước và thiết kế kết cấu lắp đặt
Tấm làm mát bằng nước được tích hợp vào đáy mô-đun và có cấu trúc bên ngoài hoàn chỉnh phù hợp với tấm làm mát bằng nước này. Một mặt, nó mang lại cho mô-đun đủ độ bền cơ học, mặt khác, nó cũng có khoảng cách cách điện vừa đủ. Chức năng chính của tấm làm mát bằng nước trên LFP là làm nóng ở nhiệt độ thấp và ở các phiên bản NCM tiếp theo, vấn đề tản nhiệt cần được giải quyết.
Thách thức lớn trong việc thiết kế các cell pin dày 82mm là làm thế nào để đạt được khả năng sạc siêu nhanh 250kW. Trong thiết kế này, do chiều cao của các cell pin vỏ vuông và các tấm lấy mẫu, cách điện tương ứng của mô-đun nên Tesla đã điều chỉnh lại cách bố trí của bảng lấy mẫu CMU. Nó không nằm ở phần mô-đun ban đầu mà ở chế độ mở rộng bảng mạch linh hoạt. Ở đây chỉ sử dụng phần cắt.
3. Giải thích việc điều chỉnh bố cục mẫu lấy mẫu CMU
Do chiều cao của các tế bào pin vỏ vuông và bảng lấy mẫu và cách điện tương ứng của mô-đun, Tesla đã điều chỉnh cách bố trí của bảng lấy mẫu CMU và áp dụng chế độ mở rộng bảng mạch linh hoạt. Thiết kế này có thể giảm chi phí sản xuất một cách hiệu quả và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Theo dữ liệu liên quan, việc bố trí các tấm lấy mẫu CMU sử dụng chế độ mở rộng bảng mạch linh hoạt có thể giảm hơn 15% chi phí sản xuất so với thiết kế truyền thống. Đồng thời, thiết kế này cũng có thể cải thiện khả năng tích hợp các mô-đun pin, giảm trọng lượng của mô-đun pin và tăng phạm vi hoạt động của xe điện.
5. Xu hướng phát triển của công nghệ mô-đun pin vỏ vuông
(1) Đặc điểm của dây chuyền sản xuất tự động
1. Sản xuất hiệu quả
Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, vai trò của dây chuyền sản xuất tự động trong sản xuất mô-đun pin vỏ vuông ngày càng trở nên nổi bật. Sau sự ra đời của robot và thiết bị tự động hóa, hiệu quả sản xuất đã được cải thiện rất nhiều. Ví dụ, trong quy trình lắp ráp các mô-đun pin, thiết bị tự động có thể hoàn thành các hoạt động phức tạp với tốc độ cực nhanh, rút ngắn đáng kể chu trình sản xuất. Theo thống kê, so với vận hành thủ công truyền thống, dây chuyền sản xuất tự động có thể hoàn thành khối lượng công việc gấp vài lần, thậm chí hàng chục lần trong cùng một thời điểm, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về mô-đun pin trên thị trường. Điều này không chỉ nâng cao năng lực sản xuất của doanh nghiệp mà còn thích ứng tốt hơn với môi trường thị trường đang thay đổi nhanh chóng.
2. Giảm chi phí lao động
Việc áp dụng dây chuyền sản xuất tự động giúp giảm sự phụ thuộc vào số lượng lớn công nhân, từ đó giảm chi phí nhân công. Trong phương thức sản xuất truyền thống, cần một số lượng lớn lao động cho các công việc lặp đi lặp lại, điều này không chỉ dẫn đến chi phí nhân công cao mà còn gây khó khăn cho việc đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản xuất. Dây chuyền sản xuất tự động có thể thực hiện sản xuất không người lái hoặc ít người lái hơn, chỉ cần một số lượng nhỏ nhân viên kỹ thuật để theo dõi và bảo trì. Đồng thời, hoạt động của dây chuyền sản xuất tự động ổn định hơn, giảm thiểu biến động sản xuất, sai sót do yếu tố con người gây ra, nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
3. Cải thiện tính ổn định của chất lượng sản phẩm
Vận hành cơ khí chính xác và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt là chìa khóa để đảm bảo tính nhất quán và độ chính xác của sản phẩm trong dây chuyền sản xuất tự động. Thiết bị tự động có thể hoàn thành mọi quy trình sản xuất với các thao tác có độ chính xác cao, đảm bảo độ chính xác và chất lượng lắp ráp của các mô-đun pin. Ví dụ, trong quá trình hàn nối dây, thiết bị hàn tự động có thể đảm bảo độ chắc chắn và độ tin cậy của các điểm hàn, giảm điện trở và nâng cao hiệu suất truyền năng lượng điện. Ngoài ra, dây chuyền sản xuất tự động còn có thể giám sát và truy xuất dữ liệu theo thời gian thực trong quá trình sản xuất. Một khi vấn đề được phát hiện, chúng có thể được điều chỉnh và xử lý kịp thời. Điều này giúp phát hiện và giải quyết kịp thời các vấn đề, nâng cao tính ổn định của chất lượng sản phẩm.
4. Tăng cường bảo mật
Quá trình lắp ráp các mô-đun pin vỏ vuông sử dụng vật liệu có điện áp cao và mật độ năng lượng cao, đồng thời việc vận hành thủ công có thể gây ra rủi ro về an toàn. Dây chuyền sản xuất tự động giảm thiểu rủi ro vận hành và cải thiện an toàn sản xuất bằng cách áp dụng các biện pháp bảo vệ an toàn và hệ thống điều khiển thông minh. Ví dụ, trong quá trình kiểm tra mô-đun pin, thiết bị kiểm tra tự động có thể kiểm tra toàn diện hiệu suất điện và độ an toàn của pin, đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn. Đồng thời, hệ thống điều khiển thông minh có thể giám sát các mối nguy hiểm về an toàn trong quá trình sản xuất theo thời gian thực. Khi phát hiện tình huống bất thường, có thể thực hiện các biện pháp kịp thời để đảm bảo an toàn cho nhân viên sản xuất.
5. Tăng tính linh hoạt
Thiết kế mô-đun cho phép dây chuyền sản xuất tự động có tính linh hoạt cao và có thể được điều chỉnh theo các yêu cầu sản phẩm khác nhau và thay đổi quy trình. Ví dụ, khi nhu cầu thị trường thay đổi, doanh nghiệp có thể nhanh chóng sản xuất ra những sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường bằng cách điều chỉnh tổ hợp module của dây chuyền sản xuất tự động. Tính linh hoạt này cho phép dây chuyền sản xuất thích ứng với những thay đổi của thị trường và đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng. Đồng thời, thiết kế mô-đun còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì, nâng cấp dây chuyền sản xuất, giảm chi phí vận hành của doanh nghiệp.
6. Bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng
Dây chuyền sản xuất tự động giúp đạt được mục tiêu bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng bằng cách tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm lãng phí năng lượng không cần thiết. Ví dụ, trong quá trình sản xuất, thiết bị tự động có thể điều chỉnh mức tiêu thụ năng lượng hợp lý theo nhu cầu thực tế, tránh lãng phí năng lượng. Ngoài ra, dây chuyền sản xuất tự động còn có thể giảm thiểu chất thải và khí thải gây ô nhiễm trong quá trình sản xuất, phù hợp với xu hướng phát triển của sản xuất xanh. Điều này không chỉ có lợi cho việc bảo vệ môi trường mà còn giúp thiết lập hình ảnh xã hội tốt đẹp cho doanh nghiệp và nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
(2) Triển vọng của quá trình xếp chồng hình vuông
1. Phân tích so sánh các quá trình cán và cuộn dây
Quá trình cuộn dây từ lâu đã thống trị lĩnh vực pin điện, chủ yếu là do hiệu quả sản xuất cao và chi phí thấp. Từ góc độ lịch sử phát triển, công nghệ cuộn dây đã được áp dụng từ pin tiêu dùng và trải qua quá trình phát triển từ máy cuộn thủ công, máy cuộn bán tự động đến máy cuộn hoàn toàn tự động, nâng cao hiệu quả sản xuất rất nhiều. Trong quá trình phát triển từ pin tiêu dùng đến pin điện, công nghệ cuộn dây cũng theo sau và được sử dụng rộng rãi trong pin hình vuông và hình trụ. Hiện nay, tổng công suất lắp đặt pin điện vuông cho phương tiện sử dụng năng lượng mới ở Trung Quốc là khoảng 42,25 GWh, chiếm 74,1% tổng công suất lắp đặt, phần lớn sử dụng công nghệ cuộn dây. Ngược lại, quy trình cán màng hiện nay chủ yếu được áp dụng trong lĩnh vực pin gói mềm với thị phần nhỏ hơn. Quá trình cán màng có những nhược điểm rõ ràng như hiệu quả sản xuất thấp, độ phức tạp của quy trình cao, kiểm soát chất lượng khó khăn, diện tích thiết bị lớn và tỷ lệ đầu tư cao trên mỗi watt giờ. Hiện tại, hiệu quả của ngành công nghiệp máy cán trong nước nói chung là 1-1,2 giây mỗi chiếc trên mỗi trạm. Chỉ khi hiệu suất được cải thiện lên khoảng 0,2 giây mỗi mảnh thì quy trình cán màng mới có thể so sánh được về mặt chi phí với quy trình cuộn dây.
2. Kích thước pin dài hơn và lợi ích của việc xếp chồng
Với sự phát triển của xe điện, các công ty bắt đầu phát triển khung gầm, mô-đun pin và kích thước tế bào cho xe điện. Nền tảng MEB của Volkswagen là một ví dụ điển hình, trong đó kích thước mô-đun và tế bào của pin ngày càng tăng. Ngành công nghiệp nhìn chung tin rằng các mô-đun lớn và pin lớn là xu hướng phát triển của pin điện trong tương lai. Khi pin trở nên dài hơn, quá trình cuộn dây sẽ ngày càng khó đạt được. Quá trình nhiều lớp có lợi thế đáng kể về hiệu suất. Trong cùng điều kiện, quy trình nhiều lớp có thể tăng mật độ năng lượng của pin lên 5%, vòng đời lên 10% và chi phí tăng 5%. Ví dụ, Yang Hongxin, tổng giám đốc của Honeycomb Energy, giới thiệu rằng mật độ năng lượng của pin được sản xuất bằng công nghệ nhiều lớp cao hơn, có thể đáp ứng nhu cầu đi lại của xe điện; Vòng đời dài hơn, giảm chi phí sử dụng của người dùng; Chi phí thấp hơn đã nâng cao khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.
3. Đột phá về thiết bị sản xuất theo quy trình nhiều lớp
Honeycomb Energy đã có những bước đột phá đáng kể trong việc phát triển thiết bị sản xuất nhiều lớp. Hiện tại, việc phát triển và giới thiệu máy cán tốc độ cao xoay 45 độ đã được hoàn thành, với hiệu suất cán một trạm lên đến 0,6 giây mỗi tờ. Đồng thời, tổ ong đã hoàn thành việc xác minh tốc độ của một trạm duy nhất là 0,45 giây/cái cũng như việc phát triển và sản xuất các nguyên mẫu. Dự kiến, thiết bị cán màng một trạm có tốc độ 0,25 giây/cái có thể được phát triển bởi 2{{10}}23. Đến 2023, quy trình cán màng tốc độ cực cao 0,25 giây sẽ giải quyết hiệu quả vấn đề hiệu quả của quy trình cán và dự kiến sẽ vượt qua hiệu quả của quy trình cuộn dây. Ví dụ: dây chuyền sản xuất giai đoạn đầu của Honeycomb Energy tại nhà máy Jintan ở Thường Châu đã được nâng cấp lên hiệu suất sản xuất một trạm duy nhất là 0,6 giây mỗi chiếc và công suất sản xuất sẽ đạt 4GWh vào năm 2021; Giai đoạn thứ hai có thể đạt được tốc độ xếp chồng cao trong 0,45 giây, với công suất sản xuất là 8GWh vào năm 2022. Ngoài ra, thiết bị sản xuất công nghệ cán màng tốc độ cao thứ hai của Honeycomb Energy được sản xuất với sự hợp tác của các công ty nước ngoài. nhà cung cấp thiết bị, trong khi thiết bị 0.{25}}thứ hai được thiết kế độc lập bởi Honeycomb Energy. Hơn 10 bằng sáng chế liên quan đã được nộp đơn và sẽ được cùng phát triển với hai nhà cung cấp thiết bị trong tương lai.
6. Khó khăn trong thiết kế và gia công mô-đun pin vỏ vuông
(1) Những khó khăn của Pin Nezha Tiangong
1. Phân tích khó khăn trong thiết kế kết cấu
Pin Tiangong gặp nhiều khó khăn về thiết kế cấu trúc trong quá trình tích hợp không có mô-đun. Khi thiết kế pin vỏ vuông CTC, việc bảo vệ tổng thể dưới sự thoát nhiệt là một thách thức chính. Một tế bào pin ba ngôi có mật độ năng lượng 246Wh/kg có năng lượng rất lớn và một tế bào pin gần 1kWh sẽ tỏa nhiệt rất mạnh. Để giải quyết vấn đề này, Tiangong Battery đã thực hiện một loạt biện pháp. Đầu tiên, một tấm cách nhiệt duy nhất được sử dụng để bảo vệ nắp trên của vật liệu composite, nhằm ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng cho bộ pin do nhiệt gây ra trong quá trình thoát nhiệt. Đồng thời, để thiết kế khay có cạnh thấp người ta sử dụng lớp vỏ bọc bằng vật liệu composite đặc biệt. Một mặt, nó có thể cải thiện hiệu quả khả năng bao phủ các cạnh, mặt khác, cần đảm bảo rằng vật liệu cách nhiệt có thể bảo vệ lớp vỏ khỏi bị hư hại trong quá trình thoát nhiệt.
Ngoài ra, thiết kế mô-đun dạng lưới của Pin Tiangong cũng mang đến những thách thức cho thiết kế kết cấu. Thiết kế này cần lấp đầy vật liệu cách nhiệt aerogel có độ dẫn nhiệt thấp cấp không gian giữa các lõi điện, đồng thời, nó cần đạt được khả năng cách nhiệt trên 1{2}}00 độ, chất chống cháy UL94 V0, công nghiệp quân sự bảo vệ điện với thiết kế an toàn dự phòng cách điện 800V, lấy mẫu thiết kế dự phòng ngắn mạch, thiết kế an toàn dự phòng mô-đun và ngắn mạch, cũng như bảo vệ cấu trúc loại ngăn bằng khung nhôm cường độ cao nhẹ, an toàn cấu trúc mở rộng hơn 2000N và mô-đun lớn tùy chỉnh tích hợp cao. Những yêu cầu này đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về việc lựa chọn vật liệu và độ chính xác của quy trình.
2. Tìm hiểu những khó khăn trong hệ thống quản lý pin
Sau khi tham gia quản lý đám mây, hệ thống quản lý pin của Tiangong Battery gặp phải những khó khăn như ước tính thuật toán SOH dựa trên đám mây dựa trên một lượng lớn dữ liệu được trích xuất. Quản lý đám mây yêu cầu thu thập một lượng lớn dữ liệu và tải lên nền tảng máy chủ tốc độ cao, điều này đặt ra thách thức đối với tính ổn định và bảo mật của việc truyền dữ liệu. Đồng thời, làm thế nào để trích xuất chính xác thông tin hữu ích từ dữ liệu lớn và thực hiện ước tính thuật toán SOH dựa trên đám mây để quản lý pin tốt hơn cũng là một thách thức kỹ thuật.
Trong hệ thống trên xe, thuật toán BMS cần cung cấp trạng thái vận hành pin cơ bản hơn, kết hợp với bộ điều khiển miền và thuật toán dựa trên đám mây để quản lý pin. Điều này đòi hỏi sự cộng tác hiệu quả và chính xác giữa các thuật toán khác nhau để tránh xung đột hoặc đánh giá sai. Hơn nữa, với việc dữ liệu pin được tích lũy liên tục, làm thế nào để lưu trữ, quản lý và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả để liên tục tối ưu hóa hệ thống quản lý pin cũng là một thách thức lâu dài.
(2) Khó khăn trong việc hàn laser của mô-đun pin vỏ vuông lưu trữ năng lượng
1. Giải thích những khó khăn khi hàn thanh cái mô-đun PACK pin vỏ vuông
Có nhiều khó khăn trong việc hàn thanh cái của mô-đun PACK pin vỏ vuông lưu trữ năng lượng. Thứ nhất, vật liệu mỏng là một vấn đề nổi bật, vì hiện tượng hàn ảo dễ xảy ra khi nhiều mảnh được xếp chồng lên nhau và hàn, dẫn đến độ bền không đủ và độ dẫn điện kém. Điều này là do vật liệu mỏng có khả năng truyền nhiệt không đều trong quá trình hàn, dễ dẫn đến mối hàn không ổn định. Ngoài ra, chiều rộng kết nối đường hàn không đủ cũng có thể dẫn đến độ bền không đủ, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của mô-đun pin.
Những khó khăn này đe dọa đến sự an toàn và độ tin cậy của pin lưu trữ năng lượng. Nếu chất lượng hàn không đạt tiêu chuẩn, các vấn đề như dòng điện không ổn định, nóng quá mức và thậm chí là tai nạn an toàn có thể xảy ra trong quá trình sử dụng pin.
2. Giải pháp đề xuất
Một loạt giải pháp đã được đề xuất để giải quyết những khó khăn này. Đầu tiên, việc kiểm soát độ phẳng của vật liệu đến là rất quan trọng. Thông qua kiểm tra và sàng lọc chất lượng nghiêm ngặt, đảm bảo độ phẳng của vật liệu hàn đáp ứng yêu cầu và giảm thiểu các vấn đề hàn ảo do vật liệu không đồng đều gây ra. Thứ hai, thiết kế đồ gá có hiệu suất tuyệt vời và kiểm soát khe hở kẹp. Thiết kế của đồ gá phải có khả năng cố định chính xác vật liệu hàn, đảm bảo độ ổn định trong quá trình hàn, tránh các khe hở quá mức hoặc không đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.
Việc sử dụng laser sợi quang lõi nhỏ và hàn xoay cũng là những giải pháp hiệu quả. Laser sợi lõi nhỏ có thể cung cấp mật độ năng lượng cao hơn, giúp hàn chính xác hơn. Hàn xoay có thể mở rộng chiều rộng của mối hàn và cải thiện độ bền hàn. Thông qua việc áp dụng toàn diện các giải pháp này, chất lượng hàn của thanh cái mô-đun PACK pin vỏ vuông lưu trữ năng lượng có thể được cải thiện một cách hiệu quả, nâng cao độ an toàn và độ tin cậy của pin.