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 Automatic Battery Pack Assembly Line For ESS

배터리 팩 조립 공정 시리즈 1 - 셀 전처리

May 19 , 2025

배터리 팩 조립 공정 시리즈 1 - 셀 전처리


1. 세포 전처리의 중요성
셀 전처리는 배터리 팩 제조의 첫 번째 공정으로, 배터리 팩의 전반적인 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 엄격한 전처리를 통해 공급원부터 셀의 품질 일관성을 보장하고, 잠재적 고장 위험을 줄이며, 후속 모듈 조립, 배터리 팩 통합 및 기타 공정에 필요한 안정적인 셀 공급을 확보할 수 있습니다.

1.1 "선천적인 차이 세포의 "ences"
양극 및 음극 활물질 함량 차이와 같은 생산 공정상의 불가피한 미세한 차이로 인해, 동일한 배치의 셀이라 하더라도 성능 매개변수에 있어 분명한 불일치가 발생합니다. 일반적으로 대량 생산 라인에서 생산되는 셀의 용량이나 전압은 정규분포의 법칙을 따릅니다. 이러한 셀의 차이점은 주로 다음과 같은 측면에서 나타납니다.
  • 용량 변동: 동일 배치의 셀 용량은 ±3%의 오차가 발생할 수 있습니다. 신에너지 자동차의 경우, 이로 인해 주행 시간이 약 수십 킬로미터까지 달라질 수 있습니다.
  • 내부 저항 차이: 셀의 내부 저항은 최대 5%까지 달라질 수 있는데, 이는 운동선수의 심폐기능 차이와 유사하며, 배터리의 충전 및 방전 효율과 가열에 영향을 미칩니다.
  • 전압 불연속성: 배터리 셀의 전압 불연속성은 정밀 시계의 기어 오차와 유사하게 0.05V를 초과할 수 있으며, 이는 배터리의 충전 및 방전 관리와 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.

1.2 사전 치료하지 않을 경우의 재난 결과
배터리 셀이 사전 처리되지 않으면 이러한 고유한 차이로 인해 다음과 같은 심각한 결과가 발생할 수 있습니다.
  • 캐스크 효과: 배터리 팩의 성능과 수명은 가장 성능이 낮은 배터리 셀에 의해 결정됩니다. 성능이 가장 낮은 배터리 셀은 전체 배터리 팩의 용량과 수명을 제한합니다.

Cask Effect

캐스크 효과: 배터리 팩에서 가장 약한 배터리 셀이 전체 성능을 제한하는 "짧은 보드"가 됩니다.


  • 열 폭주 위험: 배터리 셀의 불일치로 인해 일부 배터리가 과충전되거나 과방전되어 배터리 팩의 전체 용량과 효율성에 영향을 미칠 수 있으며, 배터리 과열, 화재 또는 폭발과 같은 안전 위험도 증가할 수 있습니다.
  • 배터리 수명 다이빙: 배터리 셀의 불일치로 인해 실제로 사용 가능한 용량이 최대 15%까지 손실될 수 있으며, 이는 기기의 배터리 수명에 상당한 영향을 미칩니다.

1.3 배터리 셀 전처리의 핵심 목적

엄격한 테스트와 선별을 통해 유사한 성능의 배터리들을 결합하여 배터리 셀의 일관성을 보장합니다. 배터리 셀의 일관성은 전력 배터리 시스템의 선정 및 매칭에 중요한 영향을 미칩니다. 공장에서의 배터리 일관성은 주로 제조 공정의 일관성과 직결됩니다.


"배터리 셀 일관성"은 배터리 팩의 각 배터리 셀 성능이 유사하고 균일함을 의미합니다.

구체적으로 여기에는 용량, 내부 저항, 충전 및 방전 전압 플랫폼, 자가 방전율, 사이클 수명 및 배터리 셀의 기타 매개변수와 특성 등 여러 측면에서의 일관성이 포함됩니다.


전처리의 목적은 다음과 같습니다. 배터리 팩의 내부 배터리 셀이 공장에서 출고될 때 높은 수준의 일관성을 유지하도록 보장해야 하며, 공장에서 출고된 후 여러 차례 충전 및 방전 사이클을 거친 후에도 배터리 셀의 일관성은 열 관리, 밸런싱 전략, 환경 제어 및 기타 조치를 통해 보장되어야 합니다. 예를 들어, 배터리 팩의 배터리 셀 온도는 합리적인 범위(15~35°C) 내에서 유지되어야 할 뿐만 아니라, 다양한 배터리 셀의 온도도 가능한 한 일관되게(5°C 이내) 유지되어야 다양한 배터리 셀의 노화 속도를 줄일 수 있습니다.

2. 세포 전처리의 주요 단계
2.1 외관 검사
세포 전처리 단계에서 외관 검사는 매우 중요한 단계입니다. 운송 및 보관 중 세포는 충돌, 압출 또는 부식으로 인해 손상, 변형, 누출 등이 발생할 수 있습니다. 육안 관찰과 간단한 도구 측정을 통해 외관이 완벽한 세포를 선별하여 물리적 상태가 사용 기준을 충족하는지 확인하고, 불량 세포가 후속 공정에 유입되는 것을 방지합니다.

불량품: 알루미늄 쉘의 변형, 표면 피트; 방폭 밸브의 손상 및 변형; 주입구에서 밀봉 접착제가 떨어짐; 심각한 표면 오염; 누출 등;
검출 방법: CCD 시각 검사기 , 수동 시각 검사

구조용 접착제를 사용하여 셀을 연결하는 경우, 셀 표면이 PET 필름으로 싸여 있기 때문에 사전에 플라즈마 세척이 필요하며, 플라즈마 세척을 사용하면 PET 필름의 표면 장력, 거칠기, 청결도를 개선하여 접착 결합 효과를 향상시킬 수 있습니다. 플라즈마 세척은 또한 셀 표면의 미세 결함, 얼룩, 먼지 및 전극 표면의 산화층을 제거하여 용접 품질을 개선하고 불량률을 줄일 수 있습니다.

플라스마 세척기(plasma cleaner) 원리:
물체 표면의 얼룩을 제거하는 목적을 달성하기 위해 플라즈마 내의 활성 입자의 "활성화"에 의존합니다.

"플라스마": 물질의 상태로, 고체, 액체, 기체의 일반적인 세 가지 상태에 속하지 않는 네 번째 물질의 상태라고도 합니다.
가스에 충분한 에너지를 가하면 이온화되어 플라즈마 상태가 됩니다. 플라즈마의 "활성" 성분에는 이온, 전자, 원자, 활성 그룹, 여기 핵종(준안정 상태), 광자 등이 있습니다.

반응 메커니즘 측면에서 플라즈마 세척은 일반적으로 다음과 같은 프로세스를 포함합니다.
  1. 무기 가스는 플라즈마 상태로 들뜨게 됩니다.
  2. 기체 상태의 물질은 고체 표면에 흡착됩니다.
  3. 흡착된 그룹은 고체 표면의 분자와 반응하여 생성물 분자를 생성합니다.
  4. 생성물 분자는 기체 상태를 형성하기 위해 분해됩니다.
  5. 반응 잔류물은 표면에서 분리됩니다.


Laser cleaning


2.2 전압 및 내부 저항 테스트
전압 및 내부 저항 테스트는 배터리 셀 성능 평가의 핵심 요소입니다. 전문 장비를 사용하여 각 배터리 셀의 개방 회로 전압과 내부 저항을 측정하면 배터리 셀의 현재 상태를 직관적으로 파악할 수 있습니다. 비정상적인 전압은 배터리 셀 내부에서 화학적 변화나 단락이 발생했음을 의미할 수 있으며, 과도한 내부 저항은 충전 및 방전 시 배터리가 심하게 과열되어 수명과 안전성에 영향을 미칩니다. 정밀 테스트를 통해 성능 기준을 충족하지 못하는 셀은 제거하여 다음 단계로 넘어가는 셀의 전기화학적 특성이 양호하도록 합니다.

테스트 장비 및 도구:
  • 전압 테스터: 배터리 셀의 개방 회로 전압을 정확하게 측정할 수 있는 고정밀 전압 테스터입니다.
  • 내부 저항 테스터 : 내부 저항 측정의 정확성을 보장하기 위해 AC 내부 저항 및 DC 내부 저항 시험을 수행할 수 있는 장치입니다.
  • 자동화된 테스트 시스템: 현대 배터리 제조에는 일반적으로 자동화된 테스트 시스템이 사용되는데, 이를 통해 전압 및 내부 저항 테스트를 효율적이고 정확하게 완료하고 테스트 데이터를 기록할 수 있습니다.


HK3561 Internal Resistance Tester

HK3561 내부 저항 테스터


테스트 프로세스: 로딩-스캐닝 검출-전압/내부 저항 테스트-데이터 처리-NG 처리
  1. 로딩 중: 테스트 스테이션에 배터리 셀을 놓고 배터리 셀의 양극과 음극이 테스트 장비와 잘 접촉되어 있는지 확인하세요.
  2. 스캐닝 감지: 스캐닝 장치를 통해 배터리 셀의 바코드나 QR 코드를 읽고 배터리 셀의 기본 정보를 기록합니다.
  3. 전압 테스트: 전압 테스터를 사용하여 배터리 셀의 개방 회로 전압을 측정하고 테스트 결과를 기록합니다.
  4. 내부 저항 테스트: 내부 저항 테스터를 사용하여 배터리 셀의 AC 내부 저항 또는 DC 내부 저항을 측정하고 테스트 결과를 기록합니다.
  5. 데이터 처리: 테스트 데이터를 데이터베이스에 업로드하여 데이터 분석 및 처리를 통해 부적격 배터리를 걸러냅니다.
  6. 부적격 처리: 적격하지 않은 세포는 추가 처리나 제거를 위해 NG 스테이션으로 옮깁니다.

2.3 용량 등급 및 그룹화

용량 등급 및 그룹화는 배터리 셀 전처리의 핵심 단계 중 하나입니다. 리튬 배터리 충전 방전 시험 장비 주로 배터리의 전압, 용량 및 기타 매개변수를 테스트합니다. 테스트 결과에 따라 배터리 셀을 용량에 따라 분류 및 그룹화하여 동일 그룹 내 배터리 셀의 용량 차이가 매우 작은 범위 내에서 제어되도록 합니다. 이를 통해 후속 사용 시 배터리 셀 용량 불일치로 인한 과충전 및 과방전 문제를 방지하고 배터리 팩의 전반적인 성능과 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.


5V 100A Prismatic Cell Capacity Grading Machine


그룹화 기준:
용량에 따른 그룹화: 일반적으로 1% 이내로 제어하여 충전 및 방전 시 셀의 시너지 효과를 보장하고 과도한 용량 차이로 인한 과충전 또는 과방전을 방지합니다.
전압별 그룹화: 일반적으로 ≤5mV, 셀 충전 및 방전의 균일성을 보장합니다.
내부 저항에 따른 그룹화: 일반적으로 모듈 충전 및 방전 효율과 방열 일관성을 보장하기 위해 3mΩ 이내로 제어됨
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