Производството на литиево-йонни батерии е един от най-взискателните и най-бързо развиващите се производствени сектори в света.
Производството на клетки включва поредица от силно чувствителни технологични стъпки, покриване на електродите, каландриране, рязане на ленти, навиване или подреждане на слоеве, напълване с електролит, формиране чрез цикли и отлежаване, при които контролът върху параметрите на процеса определя както електрохимичното представяне, така и характеристиките на безопасност на готовата клетка.
При обеми производство в гигафабрики (GWh годишно) дори малки подобрения на OEE се превръщат в милиарди клетки и милиарди долари производствена стойност. Покриването на електродите е първата и най-критична производствена стъпка в производството на батерийни клетки.
Процесът на покритие, нанасяне на суспензия за електроди (активен материал, свързващо вещество, проводим добавък в разтворител) върху медна или алуминиева фолио с висока скорост в контролирана среда за сушене, определя енергийната плътност, равномерността на капацитета и цикълния живот на готовата клетка.
Мониторингът на OEE на линията за покритие проследява скоростта на лентата (Производителност), планираното спрямо непланираното време на престой на машината за покритие (Наличност) и резултатите от качеството на покритието, включително равномерност на дебелината, точност на натоварването и процент дефекти от оптична инспекция (Качество).
OEE на линията за покритие често е основното ограничение за производствения капацитет на клетките, поради което е най-високоприоритетната цел за мониторинг и подобряване на OEE.
Формирането и отлежаването са най-времеемките производствени стъпки, клетките трябва да бъдат зареждани и разреждани по определени цикли, за да се активира електродната химия и да се характеризират индивидуалните показатели на клетките, като това обикновено отнема 5, 15 календарни дни.
Използването на формиращите камери, дялът от наличния формиращ капацитет, който изпълнява продуктивни формиращи цикли, определя пропускателната способност на производствения поток след етапите за електроди и сглобяване.
Мониторингът на OEE при формиращите операции улавя наличността на камерите, спазването на протоколите за цикли и процентите на откази на клетките по време на формиране, които показват проблеми с качеството на електродите или сглобяването в по-ранните етапи.
Добивът при производство на клетки, делът на клетките, отговарящи на спецификацията за представяне, е най-важният показател за качество в производството на батерии и този, който е най-пряко свързан с икономиката на производството. Загубите на добив възникват на множество етапи: дефекти на електродите (порьозни отвори, ивици в покритието, увреждане на ръбовете) по време на нарязване
дефекти при сглобяване (неуспехи при навиване/подреждане на клетките, дефекти при заваряване на табовете, неточности при пълнене с електролит) по време на сглобяване на клетките неуспехи при формиране (клетки, които не отговарят на спецификацията за капацитет или импеданс след формиращи цикли)
и неуспехи при стареене (клетки, показващи прекомерно саморазреждане или деградация на напрежението по време на стареене). OEE проследяването на качеството по всички тези точки на загуба на добив, приписване на всеки тип дефект на конкретния производствен етап и оборудване, където е възникнал, позволява целенасочено подобряване на добива, което адресира коренните причини, а не downstream симптомите.
Точността на пълненето с електролит е критичен параметър за контрол на процеса с последствия както за безопасността, така и за представянето. Недостатъчно количество електролит води до клетки с намален капацитет и лош живот при циклиране; излишъкът от електролит крие риск от изтичане и потенциални проблеми за безопасността.
OEE мониторингът на производителността за станции за пълнене следи точността на пълнене и консистентността на времето за цикъл на пълнене, улавяйки отклоненията, които указват износване на оборудването за пълнене или отклонение в калибровката, преди систематични проблеми с точността на пълнене да повлияят на качеството на клетките в рамките на производствена кампания.
OEE при сглобяване на модули и пакети е последният етап на производството, където клетките се превръщат в батерийни модули и пакети за автомобилни или стационарни енергийни приложения.
Точността при сортиране на клетките (гарантиране, че клетките в рамките на модул са съвпаднати в определените допускания за капацитет и импеданс), качеството на заварките на шините (интегритет на лазерни или ултразвукови заварки) и сглобяването на системата за топлинно управление всички допринасят за качеството на модулите и пакетите.
OEE мониторингът на сглобяването на пакети следи скоростта на пропускане спрямо takt time, процента на преминаване при електрическите тестове в края на линията и резултатите от качеството на заварките, предоставяйки картината за ефективността и качеството на сглобяването, от която производителите на батерийни пакети се нуждаят, за да отговорят на изискванията за качество и доставка на автомобилните клиенти.
Производителите на батерии, които работят в голям мащаб, изискват OEE софтуер с индустриална инфраструктура за данни, способна да обработва високочестотни, голямообемни производствени данни от десетки взаимосвързани етапи от процеса.
Линиите за покритие на електродите, каландровото оборудване и камерите за формиране генерират непрекъснати процесни данни с честоти на вземане на проби от порядъка на секунди, което изисква OEE платформи с архитектура за периферни (edge) изчисления или възможности за високопропускателен канал за данни, които запазват целостта на данните без влошаване на производителността при увеличаване на производствените обеми.
Интеграцията с процесни хисториани е особено важна за OEE софтуера за батерии. Линиите за покритие и системите за формиране обикновено са свързани с процесни хисториани (OSIsoft PI или подобни), които съхраняват подробните данни за процесните параметри, необходими за анализ на качеството на клетките.
OEE платформите, които се интегрират с тези хисториани, за да корелират данните за ефективността на производството (OEE показатели, събития на престой) с данни за процесните параметри (профили на дебелината на покритието, истории на температурите при формиране
тегла при пълнене с електролит), позволяват напредналите процесни анализи, от които производителите на батерии се нуждаят, за да подобрят добива въз основа на производствени данни в мащаб от гигахватчасове.
Производителите на батерии, които доставят за автомобилната индустрия, работят според изискванията на системата за управление на качеството IATF 16949 и според специфични за клиента процеси за одобрение на производството (PPAP), които изискват документирани доказателства за контрол на производствения процес.
OEE софтуерът, който поддържа времево маркирани, проследими производствени записи за всяка производствена партида, свързвайки резултатите от формирането и стареенето с конкретната партида за покритие и условията на процеса на сглобяване, осигурява производствения регистър за проследимост, който споразуменията за доставка на автомобилни батерии все повече изискват.
С разрастването на батерийните гигафабрики, производителите, които имат най-добрата инфраструктура за производствени данни, ще могат да демонстрират производствено превъзходство пред автомобилните OEM клиенти по начини, които конкурентите без структурирано OEE наблюдение не могат да постигнат.
Вход
Блог
