Производство аккумуляторных батарей растет, что обусловлено растущим спросом на электромобили (EV), развитием возобновляемой энергии и бытовой электроникой. Эти тенденции открыли много интересных возможностей для компаний, желающих войти в этот сектор.

Однако, несмотря на скорую революцию, производство аккумуляторных батарей связано со многими вызовами. От выбора соответствующих компонентов автоматики до обеспечения высокого качества продукта, вот несколько технических советов, которые следует помнить, если вы планируете войти в эту увлекательную отрасль.

Зарядный штекер электромобиля как символ энергоэффективности и снижения затрат при производстве аккумуляторов

Выбор подходящих компонентов

Успех производства аккумуляторов зависит от выбора компонентов автоматики. Например, во избежание загрязнения элементов важно выбирать детали, не содержащие меди, никеля и цинка. Эти металлы могут вызвать электрохимические реакции в аккумуляторных элементах, что ухудшает их производительность и срок службы. Загрязнение также может привести к замыканиям и другим неисправностям, что чревато безопасностью и надежностью аккумуляторов.

Шасси электромобиля с аккумуляторной батареей на фоне автоматизированной линии производства

Festo предлагает широкий ассортимент пневматических и электрических компонентов автоматизации, поддерживающих весь процесс производства аккумуляторов. Эти продукты, характеризующиеся высокой пропускной способностью и повторяемостью, подходят для многих разных этапов процесса, включая транспортировку, подачу, контроль агрессивных сред, прессование и обслуживание деталей. В нашем коммерческом предложении мы также располагаем рядом деталей, не содержащих меди, цинка и никеля, а также компонентов, соответствующих стандарту ISO 14644-1 для чистых помещений.

Пневматические компоненты Festo для дегазации и герметизации ячеек аккумуляторов электромобилей

Оптимизация производственных процессов

Оптимизация производственного процесса имеет ключевое значение для сохранения конкурентоспособности в динамично развивающейся отрасли производства аккумуляторных элементов. Подумайте, как вы можете точно планировать и контролировать все этапы производства, такие как подготовка сырья, сборка элементов и тестирование на конце линии. Постоянное усовершенствование процессов также позволит снизить производственные затраты, сохраняя при этом высокое качество аккумуляторных элементов.

Инженер проводит отладку и оптимизацию систем управления на линии производства аккумуляторных ячеек

Внедрение контроля качества

Безопасность и надежность продукции зависят от надлежащего контроля качества. Автоматизированные системы тестирования обеспечивают точность и последовательность испытаний. Тщательный контроль качества не только способствует безопасности продукции, но уменьшает количество отходов и трудоемких переработок.

Станция автоматизированного контроля качества при производстве литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей

Инвестируйте в своих сотрудников

Хорошо обученные сотрудники являются основой любого преуспевающего производственного предприятия. Не забывайте инвестировать в постоянное обучение и развитие своего персонала с помощью цифровых и физических учебных курсов с целью приобретения технических навыков и содействия безопасности и экологическому сознанию. Квалифицированная команда требует меньше времени на обучение и своевременно выявляет производственные проблемы, что приводит к проактивным действиям по оптимизации производственных процессов.

Специалист выполняет настройку пневматических систем для обеспечения гибкости производства аккумуляторов

Обучение персонала работе с оборудованием для тестирования и производства аккумуляторов EV

Специалисты контролируют процесс подготовки и формирования электродов на линии производства аккумуляторов

Учет всех экологических аспектов

Производство аккумуляторных элементов связано с различными экологическими аспектами, которые необходимо учитывать. Примеры включают добычу сырья, потребление энергии и утилизацию отходов. Сосредоточьтесь на использовании экологически чистых материалов и процессов и внедряйте программы по переработке отходов, чтобы минимизировать свой экологический след.

Инфографика жизненного цикла аккумулятора, иллюстрирующая безопасность и чистоту производства литий-ионных батарей

Соответствие нормам

Соответствие нормам и законодательным требованиям является важной частью производства аккумуляторных элементов. Они могут включать в себя нормы безопасности и охраны окружающей среды, а также особые требования к литий-ионным элементам. Соблюдение этих норм позволяет свести к минимуму юридические риски и завоевать доверие клиентов и партнеров.

Почему пневматика используется в производстве литий-ионных аккумуляторов?

1. Точность и повторяемость

Линия производства литиевых элементов требует контроля и точного позиционирования материалов, например сепараторов, электродов, соединительных лент. Пневмоцилиндры обеспечивают стабильные и повторяющиеся движения, являющиеся ключевым фактором при манипулировании деликатными или тонкими слоями электродов (медные, алюминиевые фольги, активные покрытия).

2. Чистота и безопасность

Пневматика (по сравнению с гидравликой) не создает риска утечки масла. В среде, где производятся элементы (часто в сухих зонах, минимизирующих влажность), чистота является приоритетом. Существует меньший риск загрязнения химическими веществами, что является ключевым фактором в сухих камерах или зонах с низкой влажностью воздуха.

3. Гибкость и простота интеграции

пневматические системы легко совмещать с системами управления PLC и робототехникой.
быстрая регулировка скорости, силы и положения (при помощи клапанов, регулятора давления)
при необходимости модификации линии (изменения форматов элементов или модулей) – легко заменить привод или параметры управления

4. Стоимость и энергоэффективность

Пневматика, хотя и требует сжатого воздуха (компрессора, системы распределения), может быть экономичной в циклических условиях. при соответствующем управлении энергией. Производители пневматических приводов и клапанов работают над уменьшением потребления воздуха и уменьшением сопротивления движению.

Визуализация соблюдения стандартов безопасности и нормативных требований на линии производства литий-ионных батарей

Этапы производства литий-ионных элементов и применения силовых приводов

2.1. Подготовка и формирование электродов

Нанесение активной массы (например, содержащей LiCoO₂, NMC, LFP и т.п.) на металлическую фольгу (медную/алюминиевую). Пневматика в этом случае используется для позиционирования рулонов фольги в машинах для нанесения покрытия, прижатия материала и регулировки движения лент. Регуляторы прижимного давления (давления) или прижимные цилиндры (каландры) позволяют поддерживать равномерную толщину покрытия.

2.2. Резка и конфигурация электродов

После высушивания электродов сегменты режутся и формируются. Ширина, форма накладок – это требует стабильного инструмента. Пневматические цилиндры в ножницах или штампах обеспечивают точность движения и повторяемость силы.

2.3. Намотка или укладка слоев (roll-to-roll/stacking)

Литиевый элемент в форме цилиндра образуется путем намотки электродов и сепаратора, а у призматических – путем слоистой укладки. Манипуляторы с пневматическими цилиндрами или приводимые в движение цилиндром роликовые конвейеры помогают укладывать элементы в стерильных условиях (часто в камерах с низкой влажностью). Точность движения имеет ключевое значение: минимальное смещение пленки может привести к короткому замыканию в элементе!

2.4. Сварка полюсов и разъемов

Для соединения электродов с полюсами используется ультразвуковая или лазерная сварка. Эти устройства часто имеют прижимные пневматические цилиндры, чтобы обеспечить равномерный контакт свариваемых элементов, минимизируя погрешность позиционирования.

2.5. Закрытие элемента и наполнение электролитом

На этапе закрытия корпуса (в виде стального цилиндрического корпуса или пленочного пакета) пневматические цилиндры участвуют в механизмах капсулирования, зажима элементов и перемещения элементов по линии. Наполнение электролитом – точная подача в машинах для наполнения, а также транспортировка может использовать пневматические приводы с небольшой силой и быстрыми циклами.

2.6. Конечное формирование и испытание

Формирование заключается в заряжании элементов до определенного уровня, стабилизирующего химический состав элемента. Также в этом процессе – обслуживание паллет и испытательных держателей часто автоматизировано с помощью приводов и захватов пневматических.

Графическая визуализация финального этапа формирования и тестирования аккумуляторной батареи в конструкции электромобиля

Монтаж модулей и аккумуляторных батарей в автомобильной промышленности

3.1. Составление модулей из отдельных элементов

Несколько десятков или сотен элементов соединяются в модуль, например в электромобилях. Здесь снова используются пневматические системы манипулирования, прижатие электродов к охлаждающей пластине, перемещение в контрольной станции. Силовые приводы прижимают элементы к направляющим, сохраняя равномерные расстояния и устраняя риск механических повреждений.

3.2. Монтаж и закручивание

При соединении модулей с механикой транспортного средства часто используются автоматические приспособления для закручивания винтов с пневматическим или гибридным приводом. Рамы модулей могут перемещаться (pick & place) с помощью цилиндров большего диаметра, чтобы получить достаточную силу для плавной транспортировки.

3.3. Тестирование герметичности и контроль качества

После сборки аккумуляторных модулей тестовые станции проверяют герметичность системы охлаждения (отвод тепла). Пневматические клапаны и цилиндры управляют потоком тестового воздуха или воды с целью обнаружения возможных утечек.

Группа специалистов обсуждает процесс тестирования герметичности модулей аккумуляторных батарей на автоматизированном производстве

Преимущества пневматических приводов в производстве элементов и аккумуляторов для электромобилей

Чистые и сухие в эксплуатации — отсутствие риска загрязнения маслом, которое важно в сухих помещениях для производства литий-ионных аккумуляторов (где влажность поддерживается даже на уровне <1%).
Гибкость силы и скорости – простые регулировочные клапаны обеспечивают плавную регулировку.
Совместимость с чистыми помещениями – современные производители приводов (например, с уплотнениями типа low friction, конструкциями, уменьшающими выбросы частиц) отвечают требованиям ISO классов 7-8 в чистых помещениях.
Быстрое обслуживание – пневматические приводы имеют простую конструкцию, замена уплотнений и направляющих колец легкая.

Преимущества использования пневматических цилиндров и приводов на автоматизированной линии сборки аккумуляторов

Вызовы и способы их разрешения

5.1. Требование точности и минимизация стек-слепа

При низких скоростях и небольших усилиях явление stick-slip может вызвать нестабильное движение поршня. Производители приводов используют специальные уплотнения и покрытия цилиндра-поршня, а также прецизионные пропорциональные клапаны для обеспечения плавности движения.

5.2. Обслуживание деликатных компонентов

Электродные пленки и сепараторы являются тонкими (несколько десятков микрометров). Давление прижима должно контролироваться, чтобы не повредить материал. На практике: приводы малого диаметра, редукционные клапаны, датчики, определяющие силу прижима.

5.3. Совместимость с сухими помещениями

Некоторые пневматические системы вводят небольшое количество масляного тумана. Поэтому в высококлассных чистых помещениях используються безмасляные (или очень хорошо отфильтрованные) пневматические системы и цилиндры с сухой смазкой.

5.4. Расширение и масштабируемость

Линии по производству элементов или модулей аккумуляторов должны быть гибкими относительно растущего спроса. Модульная пневматика позволяет быстро добавлять новые станции, заменять приводы на более крупные, без капитальной перестройки гидравлики или электрических установок.

Если вас заинтересовала эта тема, рекомендуем прочитать статью: Универсальные элементы автоматики для производства и монтажа батарей.