Producenci pojazdów elektrycznych (EV) walczą o prymat w tempie wprowadzania nowych modeli na rynek, ale muszą przy tym sprostać licznym wyzwaniom, takim jak konieczność skrócenia czasu ładowania akumulatora lub zmniejszenie jego masy. Już sam proces produkcji akumulatorów wiąże się z wieloma trudnościami dotyczącymi wydajności i zrównoważonego rozwoju, więc rozważmy kilka najistotniejszych, aby następnie przyjrzeć się sposobom ich przezwyciężenia.
Największe wyzwania związane z produkcją akumulatorów do pojazdów elektrycznych
1. Spełnienie wymagań bezpieczeństwa
Jednym z głównych wyzwań jest poradzenie sobie z temperaturą. Ogniwa akumulatora muszą pracować w określonym zakresie temperatur, aby zachować wydajność i uniknąć przegrzania. Z tych powodów stosuje się wypełniającą szczeliny pastę termoprzewodzącą. Jednak zastosowanie dużej objętości pasty może spowodować powstanie pęcherzyków, które pogarszają przewodność cieplną.
W celu ochrony akumulatora EV w przypadku kolizji można wzmocnić stosy ogniw za pomocą bocznych obejm. Powszechnie stosowane techniki łączenia, takie jak zgrzewanie, nie są jednak odpowiednie, ponieważ powodują wydzielanie ciepła i rozprysk spawalniczy, a to może uszkodzić wrażliwe ogniwa akumulatora.
Zapewnienie bezpieczeństwa operatora podczas produkcji akumulatorów do pojazdów EV to bardzo ważna kwestia, ponieważ ogniwa i moduły akumulatora niosą ładunek elektryczny, a napięcie prądu stałego wynosi od kilkuset do tysiąca woltów. Należy więc przeprowadzić ocenę ryzyka, a operatorzy muszą zostać przeszkoleni w zakresie bezpiecznej pracy z zespołem akumulatora EV i posiadać specjalne narzędzia potrzebne do pracy przy akumulatorach o napięciu do 1000 V (IEC 60900).
2. Zapewnienie jakości
Bez względu na branżę wyścig o pierwsze miejsce w dziedzinie innowacyjności może prowadzić do obniżenia jakości. Niezauważone wady powstałe podczas produkcji akumulatorów zmuszają branżę EV do organizowania kosztownych akcji przywoławczych. Należą do nich usterki związane z łączeniem ogniw i uszczelnianiem akumulatora oraz szereg wad materiałów, które należy połączyć, takich jak stal o wysokiej wytrzymałości i aluminium.
3. Wzrost kosztów
Gdy w grę wchodzą oszczędności na liniach produkujących duże ilości akumulatorów, liczy się każdy grosz. Można zmniejszyć liczbę przeróbek oraz skalę odrzutów i odpadów materiałowych. Szczególnie duży potencjał optymalizacji tkwi w zastosowaniach związanych z dozowaniem.
4. Akumulatory do pojazdów EV wymagają optymalizacji pod kątem bezpieczeństwa, trwałości i wydajności
Scenariusz zrównoważonego rozwoju Międzynarodowej Agencji Energii przewiduje, że globalny wzrost liczby pojazdów elektrycznych wyniesie 36% rocznie i w 2030 r. będzie ich 245 mln. To ponad 30 razy więcej niż obecnie. Szybki wzrost popytu na pojazdy z napędem elektrycznym stawia przed ich producentami szereg nowych wyzwań w zakresie produkcji materiałów, systemów akumulatorów i technologii łączenia. Jest to spowodowane potrzebą redukcji masy, która ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia emisji CO2.
Akumulatory ważą sporo, więc zadaniem inżynierów z branży motoryzacyjnej jest opracowanie nowych technik, dzięki którym nowe samochody elektryczne staną się jak najlżejsze, a jednocześnie zdolne pokonywać większe dystanse bez ładowania. Zmniejszenie wagi to nie wszystko — poszczególne typy akumulatorów stosowanych w samochodowych układach zasilania muszą być także zoptymalizowane pod kątem bezpieczeństwa, trwałości i wydajności.
Sprostanie wyzwaniom w produkcji akumulatorów do pojazdów elektrycznych
W celu spełnienia wymagań dotyczących wydajności i ograniczenia wpływu na środowisko konieczne są udoskonalenia w zakresie masy, pojemności i czasu ładowania akumulatorów pojazdów EV. Uzyskanie właściwego procesu produkcji akumulatora EV za pierwszym razem stanowi poważny problem.
1. Bezpieczeństwo przede wszystkim
Bezpieczeństwo zaczyna się od surowców do produkcji ogniw. Do wykrywania defektów w warstwie oddzielającej lub powłoce elektrod można użyć systemów wizyjnych. Uszkodzenia tych elementów mogą prowadzić do zwarcia.
Ważna jest też ochrona przeciwpożarowa: jeśli dojdzie do zapłonu ogniw akumulatora, mogą one przepalić jego pokrywę. Nałożona na nią warstwa materiału ognioodpornego o odpowiedniej grubości powstrzyma pożar tak długo, jak to będzie możliwe.
Podstawę i pokrywę akumulatora trzeba uszczelnić, aby zapobiec przedostaniu się wilgoci do jego wnętrza i chronić kierowcę przed szkodliwymi gazami. System do precyzyjnej aplikacji z rozwiązaniem do kontroli ścieżki szczeliwa pozwala zapobiec powstawaniu szczelin, pęcherzyków powietrza i nagromadzeniu się materiału w uszczelnieniu, a dzięki temu uniknąć powstawania słabych punktów i wycieków.
Praca przy podzespołach akumulatora pod napięciem wymaga specjalnego wyposażenia, które chroni operatora przed porażeniem prądem elektrycznym. Oferujemy producentom pojazdów szereg środków, które umożliwiają ograniczenie ryzyka, w tym opracowanie całkowicie izolowanych nasadek i łączników umożliwiających szybką wymianę, a także izolowane osłony narzędzi oraz zabezpieczenie Slip-Off do ręcznych narzędzi do pracy przy akumulatorach elektrycznych o napięciu do 1000 V (IEC 60900).
2. Jakość nie podlega negocjacjom
Wysoka jakość produkcji akumulatora EV zaczyna się od odpowiednich surowców. Kontrole warstwy oddzielającej lub powłoki mogą pomóc w wychwyceniu wad materiału, zanim trafi on do dalszego przetwarzania, a sprawdzanie wszystkich ogniw akumulatora pod kątem uszkodzeń powierzchni musi odbywać się przy pełnej prędkości linii, bez wpływu na wydajność.
Zapewnij operatorom narzędzi ręcznych najwyższy poziom wsparcia, aby uzyskać najlepszą jakość. Kontrola procesu i pozycjonowanie śrub pomagają precyzyjnie ustawić narzędzie do dokręcania i zachować przy tej czynności odpowiednią kolejność.
Rozwiązania stosowane podczas pracy z automatycznymi technologiami łączenia powinny oferować dodatkowe funkcje zapewniania jakości: wiercenie otworów wstępnych i centrowanie z użyciem mocowania w technice flow drill zapewni prostopadłość elementu łączącego w procesie. Nitowanie bezotworowe wymaga prewencyjnej kontroli matryc w celu wykrycia oznak zużycia. Systemy dozujące powinny zawsze być wyposażone w kontrolę ścieżki.
3. Kontrola kosztów
Do wypełniania szczelin potrzebne są znaczne ilości kosztownego środka termoprzewodzącego. Testy aplikacji sugerują, że w przypadku zastosowania rozwiązania do wypełniania luk z inteligentną regulacją i systemem, który mierzy daną część, oblicza ilość wymaganego materiału, dostosowuje aplikację i kontroluje wynik, oszczędność materiału może sięgnąć 20%.
W przypadku użycia konwencjonalnych pomp w beczce pozostaje znaczna ilość materiału. Warto więc skorzystać z innowacyjnych systemów, które minimalizują ilość materiału pozostałego w beczce i ułatwiają oczyszczanie. Dzięki temu można zaoszczędzić nawet milion euro na rok i każdą z pomp.
Poprawki mogę generować ogromne koszty, zwłaszcza w przypadku dokręcania ręcznego. Zastosowanie rozwiązań do dokręcania z pozycjonowaniem śrub pozwala znacznie ograniczyć liczbę poprawek. System prowadzenia operatora zmniejsza liczbę usterek i odrzutów.
4. Zrównoważony rozwój dzięki technologii
Nitowanie bezotworowe jest lepsze niż zgrzewanie punktowe: aby połączyć podstawę akumulatora, można użyć różnych technologii, na przykład zgrzewania punktowego lub nitowania bezotworowego. Nitowanie bezotworowe zapewnia czystość procesu łączenia na zimno i jest bardziej energooszczędne. Jeśli przeciętna podstawa akumulatora ma 500 punktów łączenia aluminium, użycie nitów samoprzebijających zamiast zgrzewania pozwoli zaoszczędzić około 9,575 kWh na każdą podstawę, co przy 150 000 podstaw rocznie oznacza oszczędność do 1005 ton CO2.
Rozwiązanie do mocowania w technice flow drill z magazynkiem jest lepsze niż podawanie pneumatyczne: w przypadku flow drill wiele elementów mocujących wymaga szybkiej obróbki. W standardowym systemie z podawaniem pneumatycznym do przetransportowania elementów mocujących przez rurę potrzebne jest sprężone powietrze. Oznacza to wysokie zużycie energii. W porównaniu ze standardowym systemem wydmuchowym rozwiązanie magazynka może zmniejszyć zużycie powietrza o 66%. W skali roku oznacza to oszczędność do 50 ton metrycznych emisji CO2 rocznie.
