Решения по контролю натяжения с высокой скоростью потока для производства литиевых батарей

На дефекты покрытия электродов приходится 2−5% от общего объема производства литийных батарей, причем основной причиной является нестабильное напряжение.NITV2050 Электропневматический пропорциональный клапанподдерживает ±1,5% стабильность напряжения при потоках воздуха до 1500 л/мин.

Покрытие электродов является крупнейшим источником отходов производства в производстве литийных батарейПо данным Kehrer et al. (2021), дефекты покрытия составляют 2 - 5% от общего количества отбросов производства, что приводит к миллионам долларов ежегодных затрат на металлолом для операций гигафабрики.Три основные проблемы контроля напряжения приводят к этим потерям:

Высокое потребление воздуха перегружает стандартные пневматические компоненты. Системы управления напряжением на линии покрытия обычно требуют 800-1200 л/мин сжатого воздуха. Стандартные электропневматические регуляторы с частотой потока менее 1,000 л/мин не может поддерживать стабильное давление при этих объемахТехническая документация DFE Inc. подтверждает, что без точного контроля напряжения процесс покрытия становится неконсистентным,что приводит к пустотам и изменениям толщины, которые не могут быть разрешены календерированием.

Загрязненный сжатый воздух повреждения точные клапаныПроизводственные воздушные компрессоры часто производят воздух с содержанием влаги, превышающим стандарты ISO 8573-1 Класс 4. Загрязнение водой и частицами вызывает эрозию клапана, дрейф сигнала,и преждевременные сбои в точных электропневматических компонентахВ типичных условиях производства аккумуляторов нефильтрованный воздух содержит 5-40 мг/м3 частиц и водяного пара, что намного превышает допустимую допустимость < 5 мг/м3 для точных регуляторов.

Нестабильность напряжения непосредственно вызывает дефекты покрытияПри изменении напряжения на 1% происходит отклонение массы покрытия на 3 - 5% по всей электродной сети. Для линии покрытия на 200 ppm (частей на миллион) это означает 600 - 1000 дефектных клеток в час.Мировой рынок литийных батарей, мощность которого, по прогнозам, достигнет 1 ТВтч к 2028 году (Karaki et al., 2022), не может поглотить этот уровень неэффективности производства.

NNT NITV2050 представляет собой электропневматический пропорциональный регулятор, который преобразует электрические сигналы в пропорциональные выходы давления воздуха, с максимальной пропускной способностью 1,500 л/мин 50% выше, чем требуется для типичного потребления линии покрытия.

Серия NITV2050 контролирует давление воздуха непрерывно пропорционально электрическому входному сигналу (0 ‰ 10 VDC или 4 ‰ 20 mA).

Для применения покрытий с высоким потоком NITV2050 обеспечивает достаточный марж мощности выше типичных требований к потреблению 1000 л/мин, предотвращая падение давления во время пиковых циклов спроса.Спецификация гистереза 5% обеспечивает постоянное регулирование напряжения при быстрых изменениях скорости сети.

Линия покрытия электродов литийных батарей, потребляющая 1000 л/мин сжатого воздуха, достигла стабильного контроля напряжения путем установки ITV2050 с 5-микронным предварительным фильтром,после того, как две предыдущие установки клапанов вышли из строя в течение 6 месяцев.

Линия покрытия работала в помещении с устаревшей системой сжатого воздуха.Регуляторы без предварительной фильтрации) отказались в течение 6 месяцев из-за внутренней коррозии и загрязнения сиденья, вызывая непланированное время простоя в 48 часов за отказ.

Инженеры установили NNT NITV2050 с следующей конфигурацией:

• Первичный клапан: NITV2050-31N2BL4 (мощность 1500 л/мин)
• Предварительная фильтрация: 5-микронный воздушный фильтр на входе клапана (эквивалент спецификации фильтрации клапана управления TLV CT16)
• Управляющая петля: управление напряжением в замкнутой петле с обратной связью нагрузочных элементов
• Диапазон регулируемой температуры: рабочее давление 0,3−0,6 МПа

5-микронный фильтр достиг эффективности фильтрации, сопоставимой со спецификациями клапанов управления TLV CT16 (5-микронная фильтрация для пневматических приводов),защита внутренних деталей высокоточного оборудования ITV2050 от повреждения влагой и частицами.

После 12 месяцев непрерывной работы:

Система управления с закрытым контуром с NITV2050 поддерживала стабильность напряжения в пределах ±1,5% при непрерывном потоке 1000 л/мин, даже при уровне влажности впускного воздуха выше типичных стандартов класса 4.

Для производителей аккумуляторов, оценивающих модернизацию системы управления напряжением высокого потока:

1. Шаг 1: Аудит потребления воздуха
   Измеряйте пик и средний поток воздуха на существующих станциях регулирования напряжения. Большинство линий покрытия требуют 800-1200 л / мин на станцию. Размеры клапанов при 1,5 × пиковом спросе.
2. Шаг 2: оценка качества воздуха
   Испытание содержания влаги и содержания частиц в сжатом воздухе согласно ISO 8573-1. Значения выше класса 4 (< 5 мг/м3) требуют предварительной фильтрации.
3. Шаг 3: Выбор емкости клапана
   Выбирать электропневматические регуляторы с размахом пропускной способности в 1,5 раза выше пикового спроса. Для потребления 1000 л/мин, минимальная емкость клапана 1500 л/мин.
4. Шаг 4: Установка предварительной фильтрации
   Монтируйте 5-микронные фильтры вверх по течению от прецизионных клапанов. Мониторируйте дифференциальное давление фильтра ежемесячно.
5. Шаг 5: Внедрение системы контроля с закрытым циклом
   Интегрировать обратную связь нагрузочной ячейки с аналоговым выходом ITV2050 для регулировки напряжения в режиме реального времени.

Системы управления напряжением покрытия электродов обычно требуют 800-1200 л/мин сжатого воздуха на станцию, в зависимости от ширины сетки и скорости линии.500+ л/мин.

Сам NITV2050 имеет степень защиты IP65, но для точной работы требуется чистый воздух.В загрязненной среде, замена фильтра каждые 3-6 месяцев является типичной.

Изменение напряжения напрямую вызывает отклонение толщины покрытия. Промышленные данные показывают, что 1% изменение напряжения приводит к изменению массы покрытия на 3~5%. Для линии 200 ppm это равно 600~1,000 дефектных элементов в час.

Дефекты покрытия электродов составляют 2 - 5% от общего количества отходов от производства литийных батарей, согласно исследованиям производства 2021 года.Уменьшение на 50% экономит $2 5 миллионов в год для гигафабрики 10 ГВтч.

Управление с открытым контуром достигает ± 5 ‰ 8% изменения напряжения. Управление с закрытым контуром с обратной связью нагрузочной ячейки уменьшает это до ± 1,5%,которая необходима для применения высококачественных покрытий с отклонением массы покрытия < 2%.

Контроль напряжения покрытия электродов при высоком потреблении воздуха (1 000 л/мин) требует электропневматических регуляторов с достаточной пропускной способностью и защитой от загрязненного воздуха.с 1, 500 л/мин и правильной 5-микронной предварительной фильтрацией, поддерживает ±1,5% стабильность напряжения в требовательных условиях покрытия.Производители аккумуляторов, внедряющие данную конфигурацию, сообщают об уменьшении показателя отходов по покрытию от 30,8% до 1,2%, исключая непланированное время простоя клапанов.