الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۲
کد مقاله
IND102
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات – فصل ۵: طرحی برای پایایی و سرویس
نام انگلیسی
The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design – Chemistry, Components, Types and Terminology-Chapter5: Design for Reliability/Design for Service
تعداد صفحه به فارسی
۲۱
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۳
کلمات کلیدی به فارسی
باتری لیتیوم – یون
کلمات کلیدی به انگلیسی
Lithium-Ion Battery
مرجع به فارسی
جان وارنر، الزویر
مرجع به انگلیسی
John Warner; XALT Energy, Midland, MI, USA; Elsevier
کشور
ایالات متحده
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون
شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات
فصل ۵: طرحی برای پایایی و سرویس
یکی از چالش های بزرگ در طراحی یک باتری بزرگ لیتیوم یون برآورد و محاسبه پایایی یا قابلیت اطمینان و طول عمر سیستم ذخیره سازی انرژی است. اهمیت این چالش بواسطه عدم وجود سوابق کافی در مورد این فن آوری است تا با استفاده از آنها قادر به پیش بینی های پایه ای آینده برمبنای عملکرد گذشته باشیم. بنابر این رشته های مهندسی نظیر طراحی برای پایایی / قابلیت اطمینان (DFR) را می توان بعنوان یک ویژگی مهم در فرایند مهندسی برای شناسایی حالت های نقص بالقوه و تدوین راهکارهای تقلیل دهنده بحساب آورد.
با توجه به حضور خودرو سازانی نظیر نیسان لیف و شورلت ولت در بازار طی ۵ سال اخیر، عمر باتری های این خودروها را می توان به احتمال زیاد تنها نصف طول عمر مفید این خودروها در نظر داشت. بهترین برآوردی که می توانیم در زمان کنونی بعمل آوریم برمبنای چندین خودروی برقی هیبرید نیکل – هیدرید فلزی (NiMH) است که امروزه در جاده ها جولان می دهند. با معرفی چند مورد از این خودروها در اواخر دهه ۱۹۹۰ می توان اذعان داشت که امروزه پایان طول عمر یک خودرو در امریکا نهایتاَ ۱۲ سال می باشد. بنابراین با وجود این که برخی موارد یادگیری را می توان از این خودروها استنباط کرد، غالب خودرو سازان و تولیدکنندگان باتری در طراحی های خود خیلی محافظه کار هستند. لذا در صورتی که این سیستم های ذخیره سازی انرژی قبل از دوره ضمانت به پایان طول عمر مفید خود رسیده باشند هزینه های ضمانت چندان زیادی به آنها تحمیل نمی شود. این تولیدکنندگان از روش هایی نظیر طراحی پایایی / قابلیت اطمینان(DFR) جهت کمک به حصول نوعی اعتماد نسبت به طول عمر سیستم های ذخیره سازی انرژی استفاده می کنند.
چندین مثال نسبتا جدید وجود دارد که نیاز تولید کنندگان باتری به اجرای سیستم های کیفیت و قابلیت اطمینان را نشان می دهد. اولین و شاید بزرگترین یادآوری در زمینه باتری لیتیوم-یون توسط شرکت سونی در سال ۲۰۰۶ مطرح شد یعنی زمانی که بیش از ۱۰۰۰۰۰۰۰ پک باتری با یک هزینه برآورد شده حدود ۴۲۹ میلیون دلار جمع آوری شدند. دلیل این فراخوان خاص را می توان به ترکیبی از حالت های نقص فرایند و محصول نسبت داد. در این مورد، ۱۸۶۵۰ نوع سل لیتیوم-یون (قطر ۱۸ میلی متر و طول ۶۵ میلی متر)با استفاده از یک فولاد پوشیده شده از نیکل فراخوانی شدند که یک درپوش روی آن پیچیده می شود. تحلیل های بعدی نشان داد که در طی فرایند جانمایی ذرات کوچک از نیکل ممکن است کنده شده و بداخل مجموعه جلی رول سقوط کنند که سبب ایجاد یک مدار کوتاه داخلی در سل در طی زمان می شود. در اصل این فرایند یک نقص نهفته است که تنها در طی زمان نشان داده شده است.
با توجه به صنعت خودروسازی، سیستم های A123 راه اندازی باتری لیتیوم یون فراخوانی ۵۵ میلیون دلاری در باتری هایی که در خودروی Fisker Karma عرضه شده بودند را به پایان بردند.این انتها فراخوانی دوم A123 بود که با مسئله قبلی یعنی نشت خنک کننده در پک باتری Fisker مواجه بود. این فراخوان ها مورد درخواست شرکت و صنعت به عنوان یک کل بود، چون یکی از عوامل عمده ای بود که سیستم های A123 را در نهایت به سمت ورشکستگی در امریکا سوق داد. این عدم موفقیت دوم یک نقص فرایند بود و اعتقاد بر این بود که یک مسئله تورش برآورد با یکی از دستگاه های جوش در فرایند تولید سلی وجود دارد که احتمالاَ نقص های نهفته را در سل ها در آینده ایجاد می کند.
اکنون برخی شرکت های خوب با محصولات خیلی خوب وجود دارد و فراخوان های گران قیمت دیگر در جهان باتری به من اجازه نمی دهد شما را در این مورد که این محصولات با کیفیت نیستند گمراه کنم، اما این مثال ها بر نیازهای کنترل کیفیت قوی و برنامه ریزی قابلیت اطمینان در صنعت باتری تأکید می کنند، چون این صنعت در مراحل اولیه تجاری سازی خود قرار دارد.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
طراحی برای پایایی / طراحی برای سرویس
درست همانند تمامی زمینه های مهندسی، طراحی با قابلیت اطمینان DFR و طراحی برای سرویس (DFS) دو فرایند مهم هستند که باید با فرایند طراحی ایمن وسالم الکترونیکی لیتیوم-یون ترکیب شوند. DFR استفاده از یک فرایند مهندسی هم زمان و سیستماتیک است که در کل چرخه توسعه محوصل ترکیب شده و بر دست یابی به قابلیت اطمینان محصول و دوام در طول عمر محصول تأکید کرده است. همان طور که در فصلنامه Reliability Edge شرح داده شده است، DFR :
یک برنامه مهندسی هم زمان، سیستماتیک و کارآمد است که در آن مهندسی قابلیت اطمینان با چرخه توسعه کامل در هم تنیده شده است.
DFR یک فرایند واحد نیست بلکه یک سری از فرایندها نظیر تحلیل اثرات حالت های نقص (FMEA)، تست خرابی (TTF)، تست طول عمر شتاب یافته، صدای مشتری (VOC) و طراحی آزمایش ها (DOE) در میان فرایندهای دیگر قرار دارد. چالش اصلی در اجرای این ابزارها این است که آنها عمدتا بر استفاده از داده های تاریخی برای پیش بینی نتایج آینده تأکید می کنند و سیستم های باتری لیتیوم یون برخی چالش ها را نشان می دهند چون داده های تاریخی ناچیزی در مورد سیستم هایی فوق وجود دارد. با وجود این که بخش زیادی از داده ها در مورد باتری لیتیوم یون در محصولات برق قابل حمل نظیر کامپیوترهای لب تاپ و تلفن های سلی است همواره بطور مستقیه به صورت سیستم های بزرگتر ارتقا نمی یابد.
طراحی برای سرویس اساساَ شامل ارزیابی طرح ها در مراحل اولیه است که در جستجوی راه حل ها برای بهبود تعمیرپذیری سیستم ذخیره سازی انرژی می باشد. در برخی موارد این جستجو ممکن است شامل استفاده از یک شتاب دهنده ی مکانیکی برای اتصال سل ها باشد. این حالت برای توانایی جایگزینی یک سل واحد مجاز است، در نتیجه در کوچک ترین واحد قابل جایگزین (SRU) قرار می گیرد. با این حال، چالش هایی با این رویکرد وجود دارند که همانند ریسک شل شدن اتصال دهنده ها در طی زمان و ایجاد یک حالت خرابی در این وضعیت. دیگر تولیدکنندگان باتری به تلفیق سول ها با همدیگر بجای استفاده از اتصال دهنده ها توجه می کنند. این رویکرد ماژول SRU را ایجاد می کند که آنرا به یک بخش گران قیمت تر تبدیل می کند. با این حال، با اتصال سل ها، یک احتمال کوچک تر وجود دارد و آن این که اتصالات سلی در طی زمان از بین می روند. دیگر صنعت در حال رشد که یک مهندس DFS باید در نظر گیرد بازیافت، بازتولید و حیات مجدد یا زندگی دوم است. با شروع بکار این صنعت در مراحل اولیه اهمیت آن بیشتر می شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم های ذخیره سازی انرژی شما به آسانی می توانند تخریب شوند و هر یک از اجزای هسته ای به آسانی شناسایی شده اند.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
کیفیت و قابلیت اطمینان
شاید در این مرحله ما به ایجاد یک زوج از نقاط مشخص نیاز داشته باشیم. بطور خاص، تفاوت بین قابلیت اطمینان و کیفیت چیست و چگونه آنها با هم مرتبط هستند ؟ بطور ساده، کنترل کیفیت در نظر دارد اطمینان حاصل کند که محصول مطابق انتظار کار می کند و ویژگی های تولیدی و مونتاژ را رعایت کرده است. بنابراین کیفیت به نحوه اجرای محصول مربوط می شود. از سویی دیگر قابلیت اطمینان به مدت زمان کارکرد محصول مربوط می شود که برای آن طراحی شده است. در اصل، قابلیت اطمینان این احتمال آماری را فراهم می کند که محصول در تمامی طول عمر طراحی خود هدف کارکردی خود را محقق می کند. نمودار زیر تفاوت ها و زمینه های هم پوشی بین کیفیت و قابلیت اطمینان، فرایندها و ابزارهای بکار رفته برای سیستم کیفیت از طراحی برای شش سیگما و برنامه های قابلیت اطمینان از طراحی برای قابلیت اطمینان را نشان می دهد ( شکل ۱).
تحلیل های اثرات حالت های نقص FMEA
یکی از ابزارهایی که برای تحلیل های کیفیت و قابلیت اطمینان FMEA است. FMEA ابزاری است که برای ارزیابی سیستماتیک روش های بالقوه طراحی شده است که در آن یک فرایند یا محصول می تواند در ارزیابی ریسک بروز خرابی ها معیوب شود و در نهایت تلاش می شود تا زمینه هایی اولویت بندی شوند که در آن اقدامات اصلاحی برای کاهش این حالت های خرابی لازم هستند و اقدامات اصلاحی نشان داده می شوند که در نتیجه FMEA و نتایج آنها اجرا شده اند. FMEA بطور کلی به یک زوج از زمینه های مختلف تفکیک شده است: مفهوم FMEA (CFMEA)، طراحی FMEA (DFMEA) و فرایند FMEA (PFMEA). تفاوت بین این موارد تنها برمبنای زمینه مورد تأکید و زمان بندی در طی فرایند توسعه است. CFMEA بر شناسایی حالت های نقص بالقوه در مفهوم قبل از تعریف سخت افزار واقعی تأکید می کند. آنچه که بطور معمول انجام شده است یک DFMEA است که بر خود محصول و شناسایی زمینه های بالقوه تأکید می کند که در آن محصول ممکن است معیوب باشد. برای مثال، یک DFMEA برای یک سیستم باتری می تواند یک آیتم نظیر پتانسیل شل شدن متصل کننده ها را در طی ارتعاش نشان دهد که ممکن است سبب یک خرابی بالقوه پک به مکان و وصل کننده شود، یک پتانسیل ایجاد یک مدار کوتاه بیرونی و یک افزایش در تولید گرما و امپدانس بخاطر اتصال سست ( در این موارد فرض می شود که متصل کننده برای اتصال یک ریل تماس با یک سل استفاده شده است). پس DFMEA سوالات در مورد احتمال بروز این رویداد را، تعداد بروز این رویداد و نتایج این خرابی را ارزیابی می کند. پس ممکن است یک بحث را در مورد طراحی ذکر کند که می تواند به بازطراحی سل ها و میله های اتوبوس برای استفاده از یک ترمینال جوش شده منجر شود ( بنابراین از بین بردن پتانسیل شل شدن یک اتصال دهنده ). این مورد تنها یک مثال ساده شده برای کمک به نمایش DFMEA و نحوه انجام آن است.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
کنترل های فرایند کنونی (آشکارسازی)
زمانی خیلی کارآمد است که برمبنای محصولی باشد که در بازار وجود دارد. در این حالت، شما یک ایده خوب از انواع خرابی هایی که می توانند روی دهند دارید. با این حال، با سیستم های ذخیره سازی باتری لیتیوم یون، برای برنامه های کاربری بزرگتر سابقه جزیی وجود دارد که از طریق آن ارزیابی های شما پی ریزی شده و بنابراین باید برمبنای قضاوت کارشناسی تیم های مهندسی درگیر باشد.
مورد نهایی که در مورد FMEAs ( تحلیل های اثر حالت های خرابی )باید یادآوری کنیم این است که آنها فرایندی هستند که در برخی زمان ها اعمال شده، اختصاص یافته و مشخص شده اند. یک DMFEA معمول برای مثال ممکن است چند هفته یا بیشتر کامل شود و احتمالا موازی با فرایندهای مهندسی و طراحی انجام شده است. غالباَ این فرایندها توسط یک مهندس کیفی انجام شده اند که یک عضو تیم طراحی می باشد که کارشناس انجام FMEAs می باشد و ممکن است در یکی از سازمان هایی که قبلا ذکر کرده ام تأیید شده باشد.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
طراحی برای سرویس
طراحی برای سرویس یا DFS یک فعالیت موازی با طراحی برای قابلیت اطمینان یا DFR است که هدف آن ترکیب ویژگی های سرویس و طول عمر قابلیت سرویس دهی محصول است. فرایند DFS بر ترکیب ویژگی ها با محصولی تأکید می کند که می تواند توسط پرسنل پشتیبانی و سرویس جهت تعمیر یک محصول بدون تعویض کامل آن استفاده شود. در فرایند طراحی، DFS شامل ارزیابی عناصر معیوب یا عناصر طراحی شده معیوب است و دسترسی به این عناصر را برای پرسنل سرویس ایمن وآسان می کند.
بخشی از فرایند DFS ممکن است مستلزم اجرای میانگین زمانی برای تحلیل های خرابی روی عناصر و سیستم های سیستم ذخیره سازی انرژی باشد تا مشخص شود چه مدت این سیستم ها ممکن است تا زمان بروز نقص های مخرب پابرجا باشند.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
خلاصه فصل
طراحی برای قابلیت اطمینان و طراحی برای سرویس چالش هایی را برای طراحی باتری لیتیوم یون به این خاطر دارند که باتری های لیتیوم یون برای برنامه های کاربردی خودروسازی در بلندمدت به تولید انبوه نرسیده است. اولین باتری های لیتیوم یون به شکل تجاری در سال ۱۹۹۱ برای بازار برق قابل حمل عرضه شدند، اما تا سال ۲۰۰۹ که اولین باتری های اولیه لیتیوم یون برای اپلیکیشن های خودرو بکار رفتند بکار گیری آنها چندان رایج نبود. بطور ساده داده های کافی در مورد عملکرد باتری لیتیوم یون در زمینه های صنعتی، تجاری، خانگی و خودرو سازی برای شناخت کامل جنبه های طول عمر باتری وجود نداشت. علاوه بر عدم وجود زمان کافی در بازار، بسیاری از برنامه های کاربردی بزرگ از سل های لیتیوم یون در فرمت بزرگ استفاده می کردند که دامنه ظرفیت آن از ۱۰ آمپردرساعت تا صدها آمپردر ساعت متغیر بود و بازار از سال ۲۰۰۹ به بعد به بازار عرضه شدند.
با این حال، از طریق پیشرفت های انجام شده در فن آوری سلول، مهندسی و تست، یک باتری می تواند برای افزایش طول عمر اپلیکیشن طراحی شود. طول عمر طراحی برای یک باتری لیتیوم یون خودرو از۱۰ تا ۱۵ سال متغیر است .این مدت زمان با دوره ضمانت که بطور کلی برای بیشتر اپلیکیشن ها ۶ تا ۸ سال است متفاوت است. چون باتری های لیتیوم یون برای افزایش طول عمر خودرو طراحی شده اند، در امریکا ۱۱ تا ۱۲ سال عمر می کنند و طراحی باتری باید به اندازه قوی باشد تا به این اهداف زمانی برسد. یک طول عمر طراحی ۱۵ ساله ممکن است برای رفع نیاز خودروی فاقد آلایندگی کالیفرنیا لازم باشد، که به یک طول عمر ضمانت ۱۰ ساله و طراحی ۱۵ ساله برای تمامی قطعات مربوط به انتشار آلایندگی نیاز دارد. کاربردهای صنعتی و مبتنی بر شبکه ممکن است به دوره های طول عمر بیشتری از ۱۵ تا ۲۰ سال یا در برخی موارد بیشتر نیاز داشته باشند.
طرحی پایایی سرویس ۵ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
دستورالعمل های طراحی و بهترین تجارب
* طراحی برای قابلیت اطمینان و طراحی برای سرویس فرایندهای مهندسی هستند که برای تضمین طول عمر زیاد سیستم ذخیره سازی انرژی حیاتی هستند.
* سازمان هایی نظیر گروه عملیات صنعت خودروسازی (AIAG) و انجمن کیفیت امریکا (ASQ) الگوهای و راهنمای آموزشی را ارائه می کنند که می تواند در اجرای برنامه های کیفیت به یک سازمان کمک کند.
* تحلیل اثر حالت های نقص (FMEA) یک فرایند مهم است که باید به موازات فرایندهای طراحی و مهندسی هسته ای و در یک دوره زمان معین انجام شود.
* فقدان سابقه و سستم های ذخیره سازی انرژی به صورت میدانی تخصص تیم مهندسی در ارزیابی حالت های نقص بالقوه را می طلبد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
