Kun Róbert (szerk.)

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Fejezetek a villamosenergia-rendszerek, az elektrokémiai és további energiatárolási technológiák témaköréből


3.2. A Li-ion-akkumulátormodul és -csomag összeszerelése1

A Li-ion-akkumulátorcellák gyártása után ezeket modulokká kell/lehet összeépíteni, és a modulokat az utolsó feldolgozási lépésként akkumulátorcsomagokká kell/lehet összeszerelni. Az egyes cellákat általában sorosan (S) vagy párhuzamosan (P) kapcsolják össze a modulokban. Több modult, valamint további elektromos, mechanikai és hőtechnikai alkatrészeket szerelnek össze az akkumulátorcsomagba. Az egyes csomagok a kívánt teljesítménytől és kialakítástól függően eltérő elrendezésűek. A 7.15. ábra a modul- és csomag-összeállítás elemi lépéseit szemlélteti.
 
7.15. ábra. A Li-ion-akkumulátormodul és a csomag összeszerelésének elemi lépései
 
Az előszerelési lépésben az egyes cellákat megtisztítják és/vagy kémiailag aktiválják az akkumulátorcella-ház felületét. Ezután a cellákat összeillesztik, összeragasztják (pl. folyékony vagy szilárd ragasztók segítségével). A ragasztóanyagnak elektromosan szigetelőnek kell lennie, hogy megakadályozza a belső rövidzárlatokat. Általában poliuretán-alapú ragasztókat használnak, amelyek a kikeményedés után elasztomer tulajdonságokkal rendelkeznek. A cellák meghatározott módon vannak egymásra helyezve, a ragasztóanyag oldószeralapú és az oldószergőzök kivonása is megtörténik.
Az előszerelés után történik az cellák szigetelése és mechanikai előfeszítése. Itt az egymásra helyezett cellákat összepréselik, hogy meghatározott geometriába rendezzék őket, amivel majd minimalizálják a töltés és kisütés közbeni celladuzzadást. A nyomást egy speciális szorítóeszközzel, bandázsolással vagy magával a modultesttel fejtik ki a cellakötegre. A hőelvezetéshez és az elektromos szigeteléshez műanyag lemezeket vagy fóliákat használnak, amelyek megakadályozzák a hőátadást és elektromosan is szigetelik egymástól a cellákat. Ezek a szigetelőlemezek arra is szolgálnak, hogy a cellák meghibásodása esetén megszakítsák a láncreakciót. Ebben a lépésben megtörténik az alkatrészek pontos elhelyezése a modulon, a ragasztás és/vagy csavarozás és a házba való behelyezés. A tasakos cellák vonatkozásában a cellák összeragasztása helyett lehetőség van a cellákat előre kialakított keretekbe (fiókrendszerekbe) elhelyezni merevítés céljából.
Amint a cellákat rögzítik a keretben, az elektromos bekötéssel folytatódik a munka. Ebben a lépésben a legfontosabb feladat a cellák elektromos bekötése (kontaktálás) az érintkezőfülek vagy áramgyűjtők elektromos csatlakoztatásával. A modul feszültségétől függően a cellák egy vagy több párhuzamos köteget alkotnak. Az elektromos érintkezés történhet például ultrahangos hegesztéssel (előnye az alacsony hőbevitel), lézerhegesztéssel (előnye a nagy pontosság), ellenállás-hegesztéssel (ellenőrizni kell a hegesztett anyagok alkalmasságát) vagy csavarozással (a szétszerelés egyszerűbb, de az elektromos veszteségek nagyobbak az érintkezési ellenállások miatt, ami hátránynak számít). Minőségbiztosításként a fémkötéseket ellenállásmérésekkel gondosan ellenőrzik a megfelelő elektromos vezetőképesség szempontjából.
Az elektromos csatlakoztatás után az úgynevezett mellékáramköri lap (slave circuit board) felszerelés lépése következik. Ebben a lépésben az akkumulátorfelügyeleti rendszer (battery management system – BMS) mellékáramköri lapját helyezik el. Az áramköri lap csatlakoztatása a modulhoz hegesztéssel és/vagy csavarozással történik, a feszültségmérő kábeleket pedig csavaros vagy hegesztett csatlakozásokkal rögzítik. A hőmérséklet-érzékelők ragasztása hővezető paszta/ragasztó segítségével történik. Az érzékelőrendszert dugaszolható csatlakozásokon keresztül csatlakoztatják az áramköri laphoz. A funkcionális vizsgálat jelvizsgálattal történik, a hegesztett kötések szúrópróbaszerű vizsgálatához pedig röntgen- vagy ultrahangos mérést végeznek.
 
7.16. ábra. Galváncellák soros és párhuzamos kapcsolása az akkumulátormodulok és -csomagok kapacitás- és feszültségértékeinek növelése érdekében; a) a cellák párhuzamos (P) kapcsolása a modul kapacitásának növelése érdekében, b) a cellák soros (S) kapcsolása a modul feszültségének növelése érdekében; c) a 3S3P és d) a 3S2P akkumulátorcsomag felépítésének sémája
 
A modulszerelés zárási lépéseként a modulház fedélének felszerelése történik. Ekkor csatlakoztatják a tápkábeleket, majd bekötik a vezérlőt. A fedelet ezt követően csavarokkal vagy klipszekkel rögzítik. Ezután következik a modul külső mechanikai szabálytalanságainak (optikai tűrések), a szenzorok és egyéb érzékelők működőképességének (akár szoftverteszt) tesztelése, továbbá a modul feszültségének és az azt alkotó cellák (SOC) töltöttségi állapotának és HV-erősségének (ellenállásmérés) meghatározása. Szükség esetén elvégzik a hűtőkör és maga a modul tömítettségének vizsgálatát (pl. gázszivárgás-vizsgálat, túlnyomásvizsgálat, vákuumvizsgálat, tömörségvizsgálat). Ha a vizsgálati eredmények megfelelőek, a modult elektromos védőkupakkal látják el, felcímkézik és előkészítik a szállításra.
Az összeszerelt akkumulátormodulok ebben a szakaszban készen állnak az akkumulátorcsomag összeszerelésére. A csomag összeszerelésének első szakaszában a cellamodulok behelyezése történik a csomag házába. Először a hűtőlemezeket az akkumulátorcsomag tálcájának aljára illesztik a modulok működés közbeni hűtésére (szükség esetén a lemezek fűtési funkcióval is rendelkeznek). Ezután az akkumulátormodulok behelyezése következik a csomagházba. Ez a lépés addig ismétlődik, amíg az összes szükséges modul be nem kerül a számára kialakított helyére. Az akkumulátorcsomagok felépítése és kábelezése alkalmazásonként és beszállítótól függően nagymértékben eltér (pl. 4S3P, 6S3P, 12S1P stb., S = soros, P = párhuzamos; vö. 7.16. ábra). A csomag kapacitásának növelése érdekében gyakran két soros modulsort kapcsolnak párhuzamosan.
A modulok rögzítése úgy történik, hogy az akkumulátormodulokat például csavarokkal rögzítik az akkumulátorcsomag házában kialakított helyeken. Egy kiegészítő csavaros rögzítés növelheti a teljes akkumulátorcsomag merevséget, és emellett védelmet nyújt a működés közben fellépő, az akkumulátorcsomagra ható rezgések ellen.
Az elektromos és termikus integrációs folyamat lépésében az akkumulátorcsomag három fő perifériájának, például a hűtőrendszernek, a HV-modulnak és a BMS-nek az beszerelése történik. Ebben az összeszerelési lépésben történik a hűtőrendszer elhelyezése és csatlakoztatása a csomagházban lévő hűtőelemekhez. A reléből, biztosítékokból, előtöltés- és árammérő rendszerből, szigetelésfelügyeletből stb. álló nagy feszültségű modul felszerelése is megtörténik. Végül, de nem utolsósorban a hűtőrendszer, a modulok, a mellékáramköri lapok és a nagy feszültségű modul vezérlésére szolgáló akkumulátorfelügyeleti rendszer (BMS master) beszerelésére és bekötésére kerül sor. Megjegyzendő, hogy a hűtőrendszer, az akkumulátorfelügyeleti rendszer, a nagy feszültségű modul általában előre összeszerelve, alkatrészekben érkezik a beszállítóktól a csomag összeszereléséhez.
A csomag összeszerelésének utolsó szakasza a tömítés és a szivárgásvizsgálat fázisa, amikor első lépésként a tömítéseket (pl. gumi/szilikontömítés, ragasztott tömítések) a ház vagy a felső fedél szélére helyezik. A ház vagy a fedél felső része a helyére kerül, és összeillesztik (pl. csavarozással) az akkumulátorcsomag fő házával. A ház szivárgásmentességét a szakadótárcsa nyitásával vagy szivárgásvizsgáló készülékkel kell ellenőrizni. A csomagnak porzárónak és szennyeződés-, por- és nedvességállónak kell lennie (IP-védelem). Szükség esetén a hűtőkör tömítettségét megfelelő gázzal (pl. héliumgázzal) vagy szivárgásvizsgálattal kell ellenőrizni.
Amint az akkumulátorcsomag minden fizikai alkotóelemét összeszerelték, a csomag készen áll az elektromos töltési és szoftverfeltöltési lépésre. A BMS-t számítógéphez csatlakoztatják, és a legújabb szoftverrel látják el, azaz a megfelelő járműváltozatokhoz tartozó akkumulátorkezelő rendszerek legújabb szoftverének telepítését végzik el. Az összes (al)rendszer helyes működését még egyszer ellenőrzik. A töltés során megállapítják az összes cella kívánt egyenletes töltöttségi állapotát (SOC). Szükség esetén a hegesztési varratok és a hőkezelési funkciók működés közbeni ellenőrzését is elvégzik egy termográfiai mérőrendszer segítségével.
Az utolsó, úgynevezett „end of line” (gyártás vége) szakaszban megkezdődhet az akkumulátorcsomag végső ellenőrzése. Ekkor a dedikált tesztberendezéseket a megfelelő kábelcsatlakozásokhoz vagy vezetékekhez csatlakoztatják. A teljes elektronika tesztelő szoftverrel és optikai vizsgálattal történő ellenőrzését jól képzett alkalmazottak végzik. A BMS és a részegységek működőképességét megvizsgálják. A csomagot töltik/kisütik, és beállítják a tároláshoz/szállításhoz vagy járműszereléshez kívánt SOC-értéket. A csomagra címkéket, figyelmeztetéseket helyeznek fel, és a csomagot elengedik a gyártósorról. Ezt követően az akkumulátorcsomagot becsomagolják és elszállítják.
 
1 Az itt bemutatott részlépések nem értelmezhetők általános és szabványos eljárásnak. A modul- és csomag-összeszerelés gyártóktól, modul- és csomagmérettől, felhasználási céltól függően jelentősen eltérhet, továbbá a folyamatos fejlesztési és optimalizálási tevékenységek következtében változik. Az itt részletezett elemi lépések egy lehetséges munkafolyamatot demonstrálhatnak, és kizárólag az összeszerelési folyamat általános szemléltetésére szolgálnak.

Energiatárolási és akkumulátoripari alapismeretek

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2025

ISBN: 978 963 664 126 9

A kötet átfogó, horizontális tematikával vezeti be az olvasót az akkumulátor értéklánc teljes spektrumába: bemutatja a villamosenergia-piac működését, a telepített energiatárolási megoldásokat, az akkumulátorok járműipari alkalmazása terén az alternatív hajtásláncok felépítését és kulcskomponenseit, valamint részletesen tárgyalja a Li-ion akkumulátorok felépítését, működését, gyártástechnológiáját és a legfrissebb fejlesztési irányokat. Áttekintést nyújt továbbá az akkumulátorok biztonságtechnikájáról, diagnosztikai eljárásairól és az újrahasznosítás legfontosabb szempontjairól. Az olvasó átfogó képet kaphat az elektrokémiai energiatárolás technológiai hátteréről, a mobilitási és telepített tárolási megoldások térnyeréséről, az akkumulátoripar hazai és globális fejlődési irányairól, valamint az ezekhez kapcsolódó lehetőségekről, kihívásokról és szabályozási kérdésekről. A kötet az akkumulátorgyártás alaplépéseitől a jármű- és energiarendszer-integrációig, a töltőinfrastruktúrától a biztonságtechnikai, gazdasági és jogi aspektusokig számos kapcsolódó területet is tárgyal. Hasznos olvasmány lehet gépész-, villamos- és vegyipari mérnökök, mechatronikai és gazdasági szakemberek, autóipari és energiaipari szereplők, valamint a közszféra és az oktatás területén dolgozók számára – de mindazoknak is, akik naprakész, rendszerszintű tudást keresnek az energiatárolás és az elektromobilitás dinamikusan fejlődő világában. A kötet elkészítését a Magyar Akkumulátor Szövetség támogatta.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kun-energiatarolasi-es-akkumulatoripari-alapismeretek//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave