I produttori di veicoli elettrici (EV) stanno facendo a gara per introdurre nuovi modelli sul mercato, ma si ritrovano ad affrontare diverse sfide, come quella di soddisfare la richiesta di tempi di ricarica più brevi o di una maggiore leggerezza della batteria. All'interno del processo stesso di produzione delle batterie risiedono le sfide relative a prestazioni e sostenibilità. In questo studio pertanto, verranno prese in considerazione alcune delle principali sfide e il modo per superarle.
Principali sfide nella produzione di batterie per veicoli elettrici
1. Conformità ai requisiti di sicurezza
La gestione della temperatura è una delle principali sfide. Le celle della batteria devono funzionare entro un intervallo di temperatura specifico per preservare le prestazioni ed evitare il surriscaldamento. Per questi motivi, viene applicata una pasta riempitiva, termoconduttiva. Tuttavia, l'applicazione in grandi volumi di pasta può causare la formazione di bolle che danneggiano la conduttività termica.
Per proteggere la batteria per veicolo elettrici in caso di collisione, è possibile rinforzare le celle con supporti laterali. Tuttavia, le comuni tecniche di giunzione, come la saldatura a punti, non sono adatte perché creano calore e gli schizzi della saldatura possono danneggiare le sensibili celle della batteria.
Garantire la sicurezza dell'operatore durante la produzione delle batterie per i veicoli elettrici è fondamentale perché le celle e i moduli che costituiscono la batteria sono caricati elettricamente, con livelli di tensione CC che vanno da poche centinaia a migliaia di volt. È necessario eseguire la valutazione dei rischi. Gli operatori devono essere formati nelle pratiche di lavoro sicure per l'assemblaggio delle batterie per i veicoli elettrici e devono essere provvisti degli utensili speciali necessari quando lavorano su batterie elettriche fino a 1.000 V (IEC 60900).
2. Salvaguardia della qualità
La corsa all'innovazione in qualsiasi settore può portare a livelli di qualità inferiori. I difetti non rilevati che nascono durante la produzione delle batterie comportano costosi richiami per il settore dei veicoli elettrici. Questi includono difetti di applicazione nell'incollaggio delle celle, nella tenuta della batteria o nella giunzione di diversi materiali come l'acciaio ad alta resistenza e l'alluminio.
3. Aumento dei costi
Quando si pensa al risparmio sui costi dei grossi volumi delle linee di produzione delle batterie, qualsiasi cosa aiuta. Si pensi alla riduzione di rilavorazioni, guasti e scarti di materiale. Soprattutto nelle applicazioni di erogazione, esiste un elevato potenziale di ottimizzazione.
4. Le batterie per i veicoli elettrici devono essere ottimizzate per garantire sicurezza, durata e prestazioni
Lo scenario di sviluppo sostenibile dell'Agenzia Internazionale dell'Energia prevede annualmente una crescita globale del 36% dei veicoli elettrici, che nel 2030 raggiungerà 245 milioni di veicoli: 30 volte in più del livello attuale. La rapida crescita della domanda di veicoli elettrici presenta una serie di nuove sfide per i produttori di veicoli in termini di materiali, sistemi a batterie e tecnologie di giunzione, a causa delle esigenze di leggerezza, un fattore essenziale per la riduzione delle emissioni di CO2.
Poiché il peso delle batterie è notevole, gli ingegneri del settore automotive sono impegnati nello sviluppo di nuove tecniche per rendere le nuove auto elettriche il più leggere possibile, migliorando al contempo la capacità di autonomia. Oltre alla riduzione del peso, i vari tipi di batterie utilizzate nelle trasmissioni automobilistiche devono essere ottimizzate per garantire sicurezza, durata e prestazioni.
Superare le sfide di produzione delle batterie per veicoli elettrici
Per soddisfare i requisiti delle prestazioni e limitare l'impatto ambientale, è necessario migliorare peso, capacità e tempi di carica delle batterie per i veicoli elettrici. Un processo di produzione della batteria per i veicoli elettrici eseguito correttamente al primo tentativo è una delle maggiori preoccupazioni.
1. La sicurezza prima di tutto
La sicurezza inizia con le materie prime per la produzione delle celle. Le soluzioni di visione artificiale possono essere utilizzate per individuare i difetti nel film separatore o nel rivestimento degli elettrodi. Se sono danneggiati, possono verificarsi dei cortocircuiti.
Aggiunta di uno strato di protezione antincendio. Se le celle della batteria prendono fuoco, si corre il rischio che si brucino attraverso il coperchio della batteria. Uno strato di materiale ignifugo dello spessore corretto applicato sul coperchio tiene sotto controllo l'incendio il più a lungo possibile.
È necessario sigillare il vano della batteria e il coperchio per evitare che l'umidità penetri nella batteria e per proteggere il conducente dai gas nocivi. Utilizzando un sistema di applicazione a elevata precisione con una soluzione di ispezione del cordone è possibile evitare spazi vuoti, bolle d'aria o accumulo di materiale nella guarnizione che creano punti deboli e perdite.
Gli interventi sui componenti della batteria sotto tensione richiedono un'attrezzatura speciale per proteggere gli operatori dalle scosse elettriche. Siamo in grado di aiutare i produttori di veicoli a contenere i rischi attraverso una serie di provvedimenti, tra cui lo sviluppo di connettori completamente isolati e adattatori a sostituzione rapida, nonché coperchi per utensili isolati e protezioni antiscivolo per utensili di assemblaggio elettrici portatili utilizzati quando si lavora su batterie elettriche fino a 1.000 V (IEC 60900).
2. Mai rinunciare alla qualità
La qualità della produzione delle batterie per i veicoli elettrici inizia con le materie prime. Le ispezioni della rivestimento/film separatore possono aiutare a individuare i difetti del materiale prima della fase successiva. È necessario controllare la presenza di danni superficiali in ogni cella della batteria alla massima velocità di produzione della linea e nel caso, che questi non influiscano sulla produttività.
Quando si utilizzano utensili manuali, le funzioni di supporto per l'operatore si rivelano preziose per garantire il massimo livello di qualità. Il controllo del processo e il posizionamento dei bulloni aiutano a posizionare con precisione l'utensile di serraggio e a eseguire il serraggio nella sequenza corretta.
Quando si lavora con tecnologie di giunzione automatizzate, è necessario che le soluzioni offrano ulteriori caratteristiche di controllo della qualità: il rilevamento e la centratura del pre-foro nel fissaggio flow-drill garantiscono la perpendicolarità dell'elemento di giunzione durante il processo. La rivettatura autoperforante richiede un'ispezione preventiva delle matrici per rilevare eventuali segni di usura. I sistemi di erogazione devono sempre prevedere l'ispezione del cordone.
3. Costi sotto controllo
Le applicazioni di riempimento delle aperture hanno bisogno di quantità significative di costosi composti termici. I test applicativi suggeriscono un risparmio del materiale fino al 20% quando si utilizza un'applicazione di riempimento delle aperture "smart adjusted" con un sistema che misura la parte, calcola il materiale richiesto, regola l'applicazione e ne controlla il risultato.
Le pompe tradizionali lasciano una notevole quantità di materiale nel corpo. È necessario assicurarsi di utilizzare sistemi innovativi che riducono al minimo il materiale che rimane nel corpo e gli sforzi necessari per lo spurgo. In questo modo è possibile risparmiare fino a un milione di euro all'anno e la pompa.
La rilavorazione è un fattore determinante per i costi, soprattutto quando si parla di serraggio manuale. È possibile ridurre notevolmente le rilavorazioni quando si utilizzano soluzioni di serraggio con posizionamento dei bulloni. La guida per l'operatore riduce i difetti e i guasti.
4. La sostenibilità insieme alla tecnologia
Rivettatura autoperforante o saldatura a punti resistente. Per la giuntura del vano della batteria, è possibile utilizzare diverse tecnologie di giunzione, ad esempio la saldatura a punti o la rivettatura autoperforante. La rivettatura autoperforante offre un processo di giunzione pulito a freddo ed è più efficiente dal punto di vista energetico. Se il vano della batteria medio è dotato di 500 giunti di alluminio, l'utilizzo di rivetti autoperforanti invece della saldatura a punti resistente richiede circa 9.575 kWh in meno per vano, calcolando un risparmio di 1.005 tonnellate di CO2 all'anno su un volume di 150.000 vani.
Soluzione con caricatore di fissaggio flow-drill o alimentazione a soffiaggio. Molti dispositivi di fissaggio devono essere processati con cicli brevi per il fissaggio flow drill. In un sistema standard di alimentazione a soffiaggio, è necessaria aria compressa per trasportare i dispositivi di fissaggio attraverso il tubo. Ciò significa un elevato consumo energetico. Una soluzione con caricatore può ridurre il consumo di aria del 66% rispetto a un sistema di alimentazione a soffiaggio standard. In questo modo è possibile risparmiare fino a 50 tonnellate metriche di emissioni di CO2 all'anno.
