エネルギー回生機能付き5V6Aニードルベッド式円筒型セル化成・格付けシステム

TOB-INVP-V5C6D6 5V6A エネルギー回生機能付きニードルベッド式円筒型セル化成・格付けシステム

製品概要および主な用途

TOB-INVP-V5C6D6は、エネルギー回生アーキテクチャを採用した5V6Aニードルベッド式円筒型セル化成・格付けシステムです。リチウムイオン円筒型セルの精密制御化成（初回充電）、容量格付け、および電気試験用に設計されており、信頼性の高いセル分類に必要な精度と、従来の抵抗放電式システムと比較して大幅な消費電力削減を両立しています。

本システムは2段階のモジュール構造を採用しています。第1段階は、三相交流電源を安定した直流バスに変換する高効率整流モジュールで、高い力率（定格条件下で0.99以上）と低い電流歪み（入力電流の全高調波歪みTHDIが5%以下）を実現します。第2段階は独立した直流モジュール群で、各モジュールが1つのセルチャンネルを制御します。各チャンネルは専用の定電流・定電圧源によって駆動され、試験中の各セルに対して独立した高精度な制御を提供します。整流ステージを共有しつつ直流ステージをチャンネルごとに設けることで、構成の柔軟性と、信頼性の高いマルチセル試験に必要な電気的絶縁の両方を実現しています。

ニードルベッド機構はTOB-INVP-V5C6D6の最大の特徴です。各セルには、スプリング式の3ピン・プローブ・アセンブリ（上下のプローブに同一の3ピン部品を使用）が接触し、清浄なセル表面において10 mΩ以下の定格接触抵抗を実現します。ニードルベッドは2シリンダー式の空気圧システムによって駆動され、各層が独立して動作するため、プローブバンク全体を昇降させてセルの着脱を迅速に行うことができます。この設計は32600および32900円筒型セル専用に構成されており、16×16のトレイ（1層あたり256セル）で搬入されます。キャビネットには3層が収容され、1キャビネットあたり768チャンネルを備えています。

動作中、TOB-INVP-V5C6D6は双方向インバータを介してセルを放電し、回収したエネルギーを工場の交流グリッドに戻します。定格条件下でのエネルギー回生効率は65%を超え、充電効率は70%を超えるため、同じ試験条件下で従来の非回生システムと比較して消費電力を約50%削減できます。放電電力が実験室内に熱として放出されないため、生産エリアの周囲温度が5～15°C低下し、施設の空調システムへの負荷がさらに軽減されます。

理想的な用途：

• 32600および32900セルの化成、格付け、電気試験を行う大量生産体制のリチウムイオン円筒型セルメーカー。
• 化成・格付け工程に伴う電力コストと熱負荷を最小限に抑える必要がある蓄電システムおよびEVバッテリー工場。
• チャンネルごとの独立制御と柔軟なプロセスプログラミングが可能な、モジュール式で多チャンネルのシステムを必要とするパイロット生産ラインおよび小規模生産ライン。
• 完全なトレーサビリティ、バーコード統合、および無人での長時間稼働に向けた文書化された保護・警報ロジックを必要とする品質管理部門。

特定の円筒型セルの寸法に合わせてトレイレイアウトとプローブ構成を確認する必要がありますか？セルの図面とトレイ仕様を添えて、当社の化成システムエンジニアまでお問い合わせください。

円筒型セル生産における化成・格付けの位置付け

円筒型リチウムイオンセルの製造工程において、化成・格付け工程はセル組み立て（巻回、缶への挿入、タブ溶接、電解液注入、キャップ封止）の後、完成したセルがパックに仕分けまたは出荷される前に行われます。工程順序は以下の通りです。

• セル組み立て– ジェリーロールをスチール缶に挿入し、タブを溶接し、電解液を注入して、キャップをかしめます。
• 化成（TOB-INVP-V5C6D6の役割）– 精密にプログラムされた電流/電圧プロファイルの下で初回充電を行い、アノード上に固体電解質界面（SEI）を形成してセル化学を活性化させます。
• 格付け– セルを放電・再充電して、実際の容量、エネルギー、内部抵抗を測定します。その後、セルは容量ごとに仕分けられます。
• 最終検査および梱包– OCVチェック、外観検査、および梱包。

TOB-INVP-V5C6D6は、化成と格付けを1回のハンドリングサイクルで実行します。セルは一度ニードルベッドにセットされると、プログラムされた全工程が終了するまでそのまま保持されます。256セル用のトレイが各層にセットされると、2シリンダー機構がニードルベッドをセル上に降下させ、以下に説明する保護・監視ロジックの下で無人運転が行われます。

768個の各チャンネルは個別に制御・監視されているため、異常が発生したセルがあっても他のバッチには影響しません。チャンネルの保護パラメータ（ステップタイプごとに個別に設定：CC充電、CV充電、CC放電、休止）により、そのセルの試験のみが終了し、残りのチャンネルはプログラムを継続します。

エネルギー回生型化成・格付けシステムの仕組み

TOB-INVP-V5C6D6は、2段階の電力アーキテクチャと双方向インバータを使用して、セル放電時に放出されるエネルギーを回収します。

• 充電時の電力フロー：三相交流電源（380 V ± 15%、50 Hz ± 10%）が整流ステージに入力され、力率0.99以上、入力電流全高調波歪み5%以下の安定した直流バスに変換されます。各チャンネルの直流モジュールはこのバスから電力を引き出し、定電流または定電圧制御の下でセルへの充電電流を調整します。充電効率は70%を超えます（放電中にバッテリーがフルロードされた状態で380 V交流電源にて測定）。充電に使用されるエネルギーは、グリッドからの電力と、同時に放電しているセルから回収されたエネルギーの合計です。
• 放電時の電力フロー：セルが放電されると、チャンネルごとの直流モジュールがまずセル電圧を内部直流バスまで昇圧します。次に、双方向インバータがこの直流エネルギーを交流に変換し、工場電源と同期させて地域の交流配電網にフィードバックします。回収されたエネルギーは、同じバス上の他の機器（他のチャンネルで充電中のセルを含む）によって優先的に消費され、余剰分は広域グリッドに戻されます。定格条件下での全体的なエネルギー回生効率は65%を超えます（放電中にバッテリーがフルロードされた状態で380 V交流電源にて測定）。
• 分散型デジタル信号処理：本システムは、生のままのアナログ信号を長いケーブルで伝送するのではなく、最も低いハードウェアレベルですべての測定・制御信号を処理します。各チャンネルの電流と電圧はローカルでデジタル化され、デジタルデータとして中央コントローラに送信されます。この分散型アーキテクチャにより、電磁干渉を最小限に抑え、サンプリングと制御の精度を大幅に向上させています。
• 産業用DSP制御：産業グレードの高性能DSPをメイン制御チップとして採用し、768チャンネルのシステムを長期間無人で稼働させるために必要な処理能力と信頼性を確保しています。DSPは、チャンネルごとの直流モジュール、整流ステージ、双方向インバータ、ニードルベッドの空気圧アクチュエータ、およびホストコンピュータとの通信を統合制御します。

システムの主な機能

1. 独立したチャンネル制御を備えた2段階モジュール式アーキテクチャ -整流ステージ（共有）と直流モジュールステージ（チャンネルごと）により、バルクの交流から直流への変換機能と、セルごとの電流/電圧調整機能が分離されています。この設計により、高い整流効率、低い入力電流歪み、および各チャンネルの独立した高精度制御が実現されます。1つの直流モジュールで障害が発生しても、他のモジュールには影響しません。
2. 大幅な省エネと工場内の熱負荷低減- 同一条件下において、TOB-INVP-V5C6D6の消費電力は従来のシステムの50%であり、生産エリアの周囲温度を5～15°C下げることができます。どちらの数値もエネルギー回生放電経路の直接的な結果です。放電エネルギーを抵抗器バンクで熱として消費する代わりに、インバーターがそれをグリッドに返します。周囲温度の低下は施設の空調システムへの負荷も軽減し、相乗的な省エネ効果を生み出します。
3. 低グリッド高調波（THDI - 整流器ステージは、全高調波歪みが5%未満の電流を引き出すように設計されており、従来のサイリスタベースの充電用整流器によって生成される歪みよりもはるかに優れています。これにより、工場グリッド上の他の機器への干渉が軽減され、外部高調波フィルターの必要性を回避できる可能性があります。
4. 多層的なソフトウェアおよびハードウェア保護- ステップタイプ（CC充電、CV充電、CC放電、休止など）ごとに個別の保護パラメーターと方法を設定できます。テスト中に異常が発生した場合、影響を受けるチャンネルは直ちに終了します。グリッド電圧/周波数の上限超過、バッテリーの逆接続、電圧/電流の上限および下限、容量制限、温度監視、トレイ位置検出、異常気圧、煙警報、非常停止ボタンなど、幅広い保護機能が提供されます。これらの保護機能のいくつかは、ニードルベッドを自動的に開いて実行を一時停止させます。その後、システムはプロセス全体を再起動することなく、中断ポイントから再開できます。
5. キャビネットあたり768チャンネル（3層×256チャンネル）- 各キャビネットには3つのニードルベッド層が収容されており、それぞれが16×16のセルトレイ（256セル）に対応しているため、キャビネットあたり合計768チャンネルとなります。1台のホストコンピューターで最大6台のキャビネットを制御できます。
6. 包括的な監視による無人運転- 本システムは、長時間の無人運転向けに設計されています。各層最大8箇所の検出ポイントで温度監視が行われます。過熱が検出されると、ニードルベッドが自動的に開き、実行が一時停止され、温度がサンプリングされて操作インターフェースに記録されます。1分以上の通信中断が発生するとチャンネルが自動的に一時停止し、通信が復旧するとプロセスが再開されます。
7. 柔軟なプロセスプログラミングとグレーディング条件- 制御ソフトウェアは、CC充電、CV充電、CC-CV充電、CC放電、および休止ステップをサポートし、最大5000サイクルまで対応します。グレーディング条件は、容量（ステップ終了容量、プラットフォーム容量）、時間（ステップ終了時間、プラットフォーム時間）、電圧（現在電圧、ステップ終了電圧）、またはMPVに基づいて設定できます。カスタムグレーディング条件は、ご要望に応じて追加可能です。
8. バーコード統合とローカルデータベースによる完全なトレーサビリティ- 必要なデータはローカルデータベースに書き込まれます。バーコード入力機能と組み合わせることで、すべてのセルの履歴を追跡できます。各チャンネルは最新の5件のテスト記録を保持しており、バーコードスキャン機能により、特定のバーコードの履歴データを直接取得できます。データはExcel形式でエクスポート可能です。
9. テスト前（接触チェック）機能- オペレーターは充電電流と時間パラメーターを設定し、メインプロセスを開始する前にニードルベッドの接触テストを実行できます。接触不良のチャンネル数がユーザー設定の制限を超えた場合、ニードルベッドが自動的に上昇し、実行は進みません。それ以外の場合は、通常のプロセスが開始されます。この機能により、プローブの接触不良による1つ以上のチャンネルが原因で発生するフォーメーション実行の無駄を防ぎます。
10. 電源断後の継続- コンピューターや機器の電源が突然切れた場合、次に機器を起動した際に、電源喪失時の状態から手動でプロセスを再開できるため、進行中のバッチの損失を回避できます。

完全な技術仕様

製品構成

技術文書およびソフトウェア言語：中国語および英語（拡張可能）、機械外装の識別表示：中国語および英語（拡張可能）

容積および重量

ノイズ、雷サージ、および保護等級

安全コンプライアンス

冷却方式：強制空冷、1層あたりファン9基、上部から排気

電気的特性

基本電気パラメータ

精度パラメータ

プローブおよびトレイ

環境条件

保護機能およびロジック

基本機能

実用的な運用およびメンテナンスの推奨事項

• トレイとプローブの調整：16×16トレイを正しくセットし、下降させる前にニードルベッドと位置合わせされていることを確認してください。3ピンのプローブアセンブリは清潔に保ち、酸化物や油分が付着していない状態にしてください。定格接触抵抗10 mΩは、清潔なセル表面でのみ達成可能です。定期的にプローブ先端を点検・清掃してください。
• 圧縮空気供給：デュアルシリンダー式のニードルベッド機構には、少なくとも0.5 MPaの圧縮空気供給が必要です。一貫したニードルベッドの動作には、清潔で乾燥した調整済みの供給が不可欠です。毎日空気圧を確認し、異常空気圧保護が有効になっていることを確認してください。
• グリッド接続：本システムは三相380 V AC（5線式）を使用し、グリッドの電圧と周波数に敏感です。主電源が指定された電圧±15 %、周波数±10 %の範囲内にあることを確認してください。グリッドがこれらの制限を超えると、システムの保護ロジックがインバーターをロックするため、電源を切って再起動する必要があります。
• 周囲環境：指定された動作環境は23 ± 5 °C、湿度30～75 % RH、大気圧750 ± 30 mmHgです。キャビネットは換気の良い場所に保管してください。強制空冷システムは上部から空気を排出するため、キャビネット上部のスペースを空けておく必要があります。
• 校正：電流および電圧の校正サイクルは各6ヶ月です。校正はソフトウェア経由で実行され、認定された基準計器が必要です。監査目的のために校正記録を保管してください。
• データバックアップ：各チャンネルは直近5件のテスト記録を保持し、ローカルデータベースが必要なトレーサビリティデータを保存しますが、各生産シフトの終了時にデータベースとExcelエクスポート結果をネットワークドライブまたはサーバーにバックアップすることを推奨します。
• 緊急時の手順：すべてのオペレーターに非常停止ボタンの位置を周知してください。火災報知器が作動した場合、ニードルベッドは自動的に開き、実行は一時停止します。再開前に影響を受けた領域を点検してください。

エンジニアリングFAQ

Q1：TOB-INVP-V5C6D6の「エネルギー回生」アーキテクチャと従来のフォーメーションキャビネットの違いは何ですか？

従来のキャビネットでは、セル放電中に放出されるエネルギーは抵抗器バンクで熱として消費されます。これはエネルギーの無駄であるだけでなく、生産エリアを加熱し、空調システムの負荷を増大させます。TOB-INVP-V5C6D6は、放電エネルギーを双方向インバーターを通じて工場のACグリッドに戻し、他の負荷で消費させます。このアーキテクチャにより、消費電力を従来のシステムの50 %に削減し、同じ条件下で周囲温度を5～15 °C下げることができます。

Q2：1台のキャビネットで1サイクルあたり何個のセルを処理でき、1台のコンピュータで何台のキャビネットを制御できますか？

各キャビネットには3層×256チャンネル＝768チャンネルが含まれており、768個のセルを同時に処理できます。1台のホストコンピュータで最大6台のキャビネットを制御でき、1台のコンピュータで4,608チャンネルの容量を実現します。推奨構成は、データ通信帯域幅とプロセスプログラムの複雑さに依存します。

Q3：TOB-INVP-V5C6D6ではどのようなセルタイプをテストできますか？

標準構成は32600および32900円筒形セル専用で、45 × 45 mmのチャンネル間隔を持つ16×16トレイを使用します。ニードルベッド、トレイ、プローブの構成は、お客様の公式図面に基づいてツール化されます。他の円筒形フォーマットについては、対応するトレイとプローブのツールを提供することで対応可能です。セルの図面を添えてTOBまでお問い合わせください。

Q4：事前テスト（接触チェック）機能はどのように動作し、なぜ重要ですか？

メインのフォーメーションプロセスを開始する前に、オペレーターは定義された電流と時間で短い充電を設定できます。システムはこの事前テスト中に各チャンネルの接触を測定します。接触不良（高抵抗）のチャンネル数がユーザー設定の上限を超えると、ニードルベッドが自動的に上昇し、実行は開始されません。これにより、セルの位置ずれやプローブの汚れがあるトレイによってフォーメーションバッチ全体が台無しになる事態を防ぎます。これは、数時間プロセスを実行した後にしか発見できないような高コストなエラーです。

Q5：実行中にホストコンピュータとキャビネット間の通信が中断された場合はどうなりますか？

通信の中断が1分以上続くと、チャンネルは自動的に一時停止します。通信が復旧すると、現在のプロセスを中断点から継続できます。完全に電源が喪失した場合は、電源遮断時の継続機能により、次回装置を起動した際に電源喪失時の状態から手動でプロセスを再開できます。

Q6：温度監視はどのように分散されており、何を保護しますか？

各ニードルベッド層には最大8つの温度検出ポイントを設定できます。動作中、温度は定期的にサンプリングされ、操作インターフェースに表示され、自動的に記録されます。過熱が検出されると、ニードルベッドが自動的に開き、実行は一時停止します。これにより、セル（フォーメーション中に過度の温度で損傷する可能性がある）と装置（プローブ、モジュール、配線）の両方が保護されます。実行はプロセス全体を再起動することなく、中断点から再開できます。

円筒形セルのフォーメーションおよびグレーディング作業における電力コストと熱負荷を削減し、768チャンネルの独立した高精度制御を実現する準備はできていますか？セルモデル、トレイ図面、ホストコンピュータ構成を指定の上、TOB-INVP-V5C6D6の見積もりをご依頼ください。当社のフォーメーションシステムエンジニアが、お客様の生産プロファイルに基づいた技術提案と省エネ見積もりを提供いたします。

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