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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

バッテリーパック組立工程シリーズ1 - セル前処理

May 19 , 2025

バッテリーパック組立工程シリーズ1 - セル前処理


1. 細胞前処理の重要性
セルの前処理はバッテリーパック製造における最初の工程であり、バッテリーパック全体の性能と安全性の向上に重要な役割を果たします。厳格な前処理により、セルの品質の一貫性が最初から確保され、潜在的な故障リスクが低減され、後続のモジュール組み立て、バッテリーパックの統合、その他の工程に信頼性の高いセル供給が可能になります。

1.1 「生来の違い」 細胞の「機能」
製造工程における避けられない微細な差異、例えば正極活物質と負極活物質の含有量の違いなどにより、同一ロットのセルであっても性能パラメータにばらつきが生じます。一般的に、量産ラインで製造されたセルの容量または電圧は正規分布の法則に従います。これらのセルの差異は、主に以下の点に反映されます。
  • 容量変動: 同一ロットのセルでも容量は±3%変動する可能性があります。新エネルギー車の場合、走行時間に数十km程度の差が生じる可能性があります。
  • 内部抵抗差: セルの内部抵抗はアスリートの心肺機能の違いと同様に最大5%変化する可能性があり、バッテリーの充放電効率や発熱に影響を及ぼします。
  • 電圧の離散性: バッテリーセルの電圧のばらつきは、精密時計の歯車の誤差と同様に 0.05V を超える場合があり、バッテリーの充放電管理と全体的なパフォーマンスに影響を及ぼします。

1.2 前処理を怠った場合の災害結果
バッテリーセルが前処理されていない場合、これらの固有の違いにより、次のような深刻な結果が生じる可能性があります。
  • 樽効果: バッテリーパックの性能と寿命は、最も性能の低いバッテリーセルによって決まります。最も性能の低いバッテリーセルは、バッテリーパック全体の容量と寿命を制限します。

Cask Effect

カスク効果:バッテリーパックでは、最も弱いバッテリーセルが「ショートボード」となり、全体のパフォーマンスが制限される。


  • 熱暴走の危険性: バッテリーセルの不一致により、一部のバッテリーが過充電または過放電になり、バッテリーパックの全体的な容量と効率に影響する可能性があり、バッテリーの過熱、火災、さらには爆発の安全上のリスクも高まる可能性があります。
  • バッテリー寿命ダイビング: バッテリーセルの不一致により、実際に使用可能な容量が最大 15% 失われる可能性があり、デバイスのバッテリー寿命に大きな影響を与えます。

1.3 バッテリーセル前処理の主目的

厳格な試験と選別を経て、性能が同等のバッテリーを組み合わせることで、バッテリーセルの一貫性を確保しています。バッテリーセルの一貫性は、パワーバッテリーシステムの選択とマッチングに重要な影響を与えます。工場におけるバッテリーの一貫性は、主に製造工程における一貫性を指します。


「バッテリーセルの一貫性」とは、バッテリーパック内の各バッテリーセルのパフォーマンスの類似性と均一性を指します。

具体的には、容量、内部抵抗、充放電電圧プラットフォーム、自己放電率、サイクル寿命、その他のバッテリーセルのパラメータや特性など、多くの側面における一貫性が含まれます。


前処理の目的は バッテリーパックの内部バッテリーセルが工場出荷時に高い一貫性を維持していることを確認する必要があります。また、工場出荷後に数回の充放電サイクルを経た後のバッテリーセルの一貫性は、熱管理、バランス戦略、環境制御などの対策によって保証される必要があります。 たとえば、バッテリー パック内のバッテリー セルの温度は、適切な範囲 (15 ~ 35°C) 内に維持する必要があるだけでなく、異なるバッテリー セルの温度を可能な限り一定 (5°C 以内) に保ち、異なるバッテリー セルの劣化率を低減する必要があります。

2. 細胞前処理の主な手順
2.1 外観検査
セルの前処理段階において、外観検査は極めて重要なステップです。輸送・保管中に、セルは衝突、押し出し、腐食などにより、破損、変形、液漏れなどが生じる可能性があります。目視観察と簡単なツール測定により、外観に問題のないセルを選別し、物理的状態が使用基準を満たしていることを確認し、不良セルが後工程に混入するのを防ぎます。

不良品: アルミシェルの変形、表面のピット、防爆バルブの損傷と変形、注入口のシーリング接着剤の剥がれ、ひどい表面汚れ、漏れなど。
検出方法: CCD外観検査機 、手作業による目視検査

構造用接着剤を使用してセルを接続する場合、セルの表面が PET フィルムで包まれているため、事前にプラズマ洗浄を行う必要があります。プラズマ洗浄は、PET フィルムの表面張力、粗さ、清浄度を改善して接着接合効果を高めるために使用されます。また、プラズマ洗浄は、セル表面の小さな欠陥、ポール表面の汚れ、ほこり、酸化物層を除去し、溶接品質を向上させ、不良率を低減することもできます。

プラズマ洗浄機(プラズマクリーナー)の原理:
プラズマ中の活性粒子の「活性化」を利用して、物体の表面の汚れを除去するという目的を達成します。

「プラズマ」:物質の状態。固体、液体、気体という一般的な 3 つの状態に属さない、物質の第 4 の状態とも呼ばれます。
ガスに十分なエネルギーを与えてイオン化すると、プラズマ状態になります。プラズマの「活性」成分には、イオン、電子、原子、活性基、励起核種(準安定状態)、光子などが含まれます。

反応メカニズムの観点から見ると、プラズマ洗浄には通常、次のプロセスが含まれます。
  1. 無機ガスはプラズマ状態に励起されます。
  2. 気相物質は固体表面に吸着されます。
  3. 吸着された基は固体表面上の分子と反応して生成物分子を生成します。
  4. 生成物の分子は分解されて気相を形成します。
  5. 反応残留物は表面から剥離されます。


Laser cleaning


2.2 電圧と内部抵抗のテスト
電圧と内部抵抗のテストは、バッテリーセルの性能評価において重要な要素です。専門機器を用いて各バッテリーセルの開回路電圧と内部抵抗を測定することで、バッテリーセルの現在の状態を直感的に把握できます。異常な電圧は、バッテリーセル内部で化学変化や短絡が発生している可能性を示しており、過剰な内部抵抗は充放電中にバッテリーを著しく加熱し、寿命と安全性に影響を与えます。精密なテストを通じて、性能基準を満たさないセルを排除し、次の段階に進むセルが良好な電気化学特性を持つことを保証します。

テスト機器およびツール:
  • 電圧テスター: バッテリーセルの開放電圧を正確に測定できる高精度電圧テスター。
  • 内部抵抗テスター 内部抵抗測定の精度を確保するために、AC 内部抵抗および DC 内部抵抗テストを実行できる装置。
  • 自動テストシステム: 現代のバッテリー製造では、通常、自動化されたテスト システムが使用されます。これにより、電圧と内部抵抗のテストを効率的かつ正確に完了し、テスト データを記録できます。


HK3561 Internal Resistance Tester

HK3561 内部抵抗テスター


試験工程:負荷-スキャン検出-電圧/内部抵抗試験-データ処理-NG処理
  1. 読み込み中: バッテリーセルをテストステーションに置き、バッテリーセルの正極と負極がテスト機器としっかりと接触していることを確認します。
  2. スキャン検出: スキャン装置を介してバッテリーセルのバーコードまたはQRコードを読み取り、バッテリーセルの基本情報を記録します。
  3. 電圧テスト: 電圧テスターを使用してバッテリーセルの開回路電圧を測定し、テスト結果を記録します。
  4. 内部抵抗テスト: 内部抵抗テスターを使用して、バッテリーセルの AC 内部抵抗または DC 内部抵抗を測定し、テスト結果を記録します。
  5. データ処理: テスト データをデータベースにアップロードしてデータ分析と処理を行い、不適格なバッテリーを除外します。
  6. 不適格な処理: 不適格な細胞を NG ステーションに転送し、さらに処理または除去します。

2.3 能力の等級分けとグループ化

容量の等級分けとグループ分けは、バッテリーセルの前処理の中心的なステップの1つです。 リチウム電池充放電試験装置 主にバッテリーの電圧、容量、その他のパラメータをテストします。テスト結果に基づき、バッテリーセルを容量別に分類・グループ化することで、同一グループ内のバッテリーセル間の容量差を極めて小さな範囲内に抑えます。これにより、後続の使用時にバッテリーセルの容量不一致によって引き起こされる過充電や過放電の問題を回避し、バッテリーパックの全体的な性能と寿命を大幅に向上させることができます。


5V 100A Prismatic Cell Capacity Grading Machine


グループ化の基準:
容量によるグループ分け: 充電および放電時のセルの相乗効果を確保し、過度の容量差による過充電または過放電を防ぐために、通常 1% 以内に制御されます。
電圧によるグループ化:通常≤5mV、セルの充電と放電の均一性を確保
内部抵抗によるグループ分け:モジュールの充放電効率と放熱の一貫性を確保するために、通常3mΩ以内に制御されます。
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