Výrobci elektrických vozidel (EV) závodí, aby na trh přinesli nové modely, ale čelí mnoha výzvám, jako je například splnění požadavků na kratší dobu nabíjení nebo snížení hmotnosti baterií. Mnoho výzev týkajících se výkonu a udržitelnosti spočívá v samotném procesu výroby baterií. Podíváme se tedy na některé z nich a potom odhalíme způsob, jak je překonat.
Hlavní problémy při výrobě akumulátorů elektromobilů
1. Splnění bezpečnostních požadavků
Jednou z hlavních výzev je řízení teploty. Články baterie musí být provozovány v rámci určitého teplotního rozsahu, aby byl zachován výkon a zabránilo se přehřátí. Z těchto důvodů se aplikuje tepelně vodivá pasta, která vyplňuje mezery. Ale velkoobjemová aplikace pasty může vést k tvorbě bublin, které narušují tepelnou vodivost.
Za účelem ochrany baterie EV při nárazu mohou být bloky článků zesíleny bočními výztuhami. Běžné techniky spojování, jako je bodové svařování, však nejsou vhodné, protože vytvářejí teplo a stříkance, které mohou poškodit citlivé články baterie.
Zajištění bezpečnosti obsluhy při výrobě baterií EV je zásadní, protože články a moduly, které tvoří baterii, jsou elektricky nabité, přičemž úroveň stejnosměrného napětí se pohybuje od několika set do tisíce voltů. Je třeba provést vyhodnocení rizik. Obsluha musí být proškolena v bezpečných pracovních postupech pro montáž akumulátorů EV a vybavena speciálními nástroji potřebnými při práci na elektrických bateriích s napětím až 1 000 V (IEC 60900).
2. Zajištění kvality
Závod v inovacích může v jakémkoli odvětví vést k snížení úrovně kvality. Nedetekované závady vzniklé při výrobě baterií vedou k nákladnému stahování výrobků z oběhu. To zahrnuje vady aplikace při spojování článků, těsnění baterií nebo mnoho různých materiálů, které je třeba spojit, například vysokopevnostní ocel a hliník.
3. Rostoucí náklady
Když se zamyslíte nad úsporami nákladů ve velkoobjemových linkách na výrobu baterií, každé malé zlepšení může výrazně pomoci. Uvažujte o snížení počtu oprav, zmetků a plýtvání materiálem. Zejména v dávkovacích aplikacích existuje vysoký potenciál pro optimalizaci.
4. Baterie EV musí být optimalizovány pro bezpečnost, odolnost a výkon
Scénář udržitelného rozvoje Mezinárodní agentury pro energii předpovídá celosvětový růst elektromobilů o 36 % ročně, což by znamenalo dosažení počtu 245 milionů vozidel v roce 2030. To je více než 30-ti násobné zvýšení oproti dnešní úrovni. Rychlý růst poptávky po elektrických vozidlech představuje pro výrobce řadu nových výzev, pokud jde o výrobu, materiály, systém baterie a spojovací technologie kvůli potřebě nízké hmotnosti, což je kritický faktor při snižování emisí CO2.
Vzhledem k tomu, že hmotnost baterií je značná, mají automobiloví inženýři za úkol vyvinout nové techniky, které zajistí, aby nové elektromobily byly co nejlehčí, a zároveň zvýší kapacitu dojezdu. Kromě snížení hmotnosti je třeba optimalizovat různé typy baterií používaných v hnacích ústrojích, aby byla zajištěna bezpečnost, odolnost a výkon.
Překonávání výzev při výrobě baterií EV
Za účelem splnění požadavků na výkon a omezení dopadu na životní prostředí je třeba provést zlepšení v rámci hmotnosti, kapacity a doby nabíjení akumulátorů EV. Nejdůležitější je, aby byl proces výroby baterií EV správný hned napoprvé.
1. Bezpečnost na prvním místě
Bezpečnost začíná u surovin pro výrobu článků. Řešení strojového vidění lze použít k nalezení vad v separační vrstvě nebo povlaku elektrod. Pokud jsou poškozené, může dojít ke zkratu.
Přidejte vrstvu pro ochranu proti požáru: Pokud dojde k vznícení článků baterie, hrozí nebezpečí, že prohoří krytem baterie. Vrstva ohnivzdorného materiálu se správnou tloušťkou naneseného na víko udržuje požár co nejdéle izolovaný.
Utěsněte desku a kryt baterie za účelem zabránění vniknutí vlhkosti k akumulátoru, a ochrany řidiče před škodlivými plyny. Použijte vysoce přesný aplikační systém s řešením pro kontrolu housenky, aby se zabránilo vzniku mezer, vzduchových bublin nebo nahromaděného materiálu v těsnění, které by vedlo ke slabým bodům a úniku.
Práce na dílech baterie pod napětím vyžaduje speciální vybavení, které chrání obsluhu před úrazem elektrickým proudem. Umožňujeme výrobcům vozidel snížit riziko prostřednictvím celé řady opatření, včetně vývoje plně izolovaných patic a adaptérů pro rychlou výměnu, jakož i izolovaných krytů nástrojů a ochrany proti vyklouznutí pro ruční elektrické montážní nástroje při práci na elektrických bateriích až 1 000 V (IEC 60900).
2. Žádné kompromisy v kvalitě
Kvalita výroby baterií EV začíná u surovin. Kontroly separační vrstvy/povlaku mohou pomoci zachytit vady materiálu před dalším zpracováním. Kontrolujte každý článek baterie ohledně povrchového poškození při plné rychlosti výroby bez vlivu na produktivitu.
Při práci s ručními nástroji maximálně podporujte obsluhu, aby poskytovala nejvyšší úroveň kvality. Řízení procesu a umístění šroubů pomáhají přesně umístit utahovací nástroj a utahovat v správném pořadí.
Při práci s automatizovanými technologiemi spojování by řešení měla nabízet další funkce zajištění kvality: Detekce předvrtaného otvoru a vystředění při upevňování samořezným utahováním zajistí kolmost spojovacího prvku v procesu. Samoděrovací nýtování bude vyžadovat preventivní kontrolu matrice, aby bylo možné zachytit jakékoli známky opotřebení. Dávkovací systémy musí být vždy vybaveny kontrolou housenky.
3. Mějte kontrolu nad náklady
Aplikace pro vyplňování mezer vyžadují značné množství nákladné tepelné směsi. Aplikační testy naznačují úsporu materiálu až 20 % při použití „chytře upravené“ aplikace pro vyplňování mezer se systémem, který měří díl, vypočítává požadovaný materiál, upravuje aplikaci a řídí výsledek.
Konvenční čerpadla zanechávají v sudu značné množství materiálu. Ujistěte se, že používáte inovativní systémy, které minimalizují množství materiálu, který zůstal v sudu, a námahu při čištění. Tímto způsobem můžete ušetřit až milion eur ročně a čerpadlo.
Opravování je obrovský zdroj nákladů, zejména pokud jde o ruční utahování. Při použití řešení utahování s umístěním šroubů můžete výrazně snížit nutnost oprav. Vedení obsluhy snižuje počet závad a zmetků.
4. Udržitelnost přichází s technologií
Zvolte samoděrovací nýtování namísto odporového bodového svařování: Chcete-li připojit desku baterie, můžete použít různé technologie spojování, například bodové svařování nebo samoděrovací nýtování. Samoděrovací nýtování nabízí čistý proces spojování za studena a je energeticky účinnější. Pokud má průměrná deska baterie 500 hliníkových spojů, použitím samoděrovacích nýtů namísto odporového bodového svařování spotřebuje přibližně o 9,575 kWh méně na jednu desku, což znamená úsporu 1 005 tun CO2 ročně při objemu 150 000 desek.
Zvolte upevňování samořezným utahováním se zásobníkem namísto provedení s tlakovým podáváním: Při upevňování samořezným utahováním je třeba zpracovat mnoho upevňovacích prvků v krátkých cyklech. Ve standardních systémech tlakového podávání potřebujete stlačený vzduch pro přepravu upevňovacích prvků trubkou. To znamená vysokou spotřebu energie. Řešení se zásobníkem může snížit spotřebu vzduchu o 66 % v porovnání se standardním systémem tlakového podávání. To může ročně ušetřit až 50 metrických tun emisí CO2.
