Научноизследователския институт „Фраунховер“ (Fraunhofer Research Institution) – изследвания за по-ефективно производство на акумулаторни клетки
2D визуалният сензор Dualis от ifm следи отблизо производството на електроди
Електромобилността все още се състезава по бързата лента в световен мащаб. Само между 2020 г. и 2023 г. делът на регистрираните електронни превозни средства се е увеличил от под 5 % до приблизително 18 % – и тенденцията очевидно нараства.
Въпреки това: ако планираният преход към мобилност трябва да бъде напълно осъществен, се изисква по-специално едно нещо: увеличен капацитет в производството на мощни батерии – и то много скоро. Като връзка между науката, изследванията и промишлеността, научноизследователският институт „Фраунховер“ за производство на акумулаторни клетки FFB възнамерява да допринесе за ускоряване на разработването на нови, мощни клетъчни формати.
Целта за Европа е определена: ЕС има за цел да играе по-важна роля на пазара за производство на акумулаторни клетки в бъдеще и си е поставил за цел да подобри значително ефективността на производството още през 2030 г. Това включва намаляване на брака до под пет процента – амбициозно начинание, както пояснява Фабиан Кукс, научен сътрудник (Осигуряване на качеството) във Fraunhofer FFB: “Процентът на бракуваните изделия все още е забележимо висок по цялата верига на производствения процес на батерии в световен мащаб.” Добре настроените инсталации произвеждат около 10 процента скрап; този процент може да бъде дори по-висок по време на фазата на нарастване. „Следователно нашата цел е да ускорим производството на иновативни и преди всичко ефективни акумулаторни клетки“, казва Кукс.
Гарантиране на качеството с помощта на 2D визуални сензори
FFB вече приписва важна роля на технологията за автоматизация. “Важен елемент от нашето изследване е да разберем как сензорната технология може да помогне за подобряване на качеството на продуктите и ефективността на отделните стъпки на процеса.” В рамките на съвместен проект с ifm, Кукс и неговият екип тестват възможностите за използване на 2D визуалният сензор Dualis, например. Dualis проверява контурите и повърхностите и сравнява действителното състояние с целевата спецификация. Това позволява надеждно откриване на най-малките разлики в детайлите, като например липсващи задържащи скоби или деформирани резби. Освен това могат да се анализират размерите на повърхността, като например – в този специфичен случай на употреба – тези на суспензията, паста от активни материали, проводими добавки, разтворители и свързващи агенти, които са били приложени. Визуалният сензор надеждно разпознава дефектно приложение и дава съобщение за грешка. След това процесът може да бъде пренастроен, за да се избегнат допълнителни бракове и да се поддържа високо ниво на качеството на продукта в производствения процес. Интегрирането на визуалния сензор е изключително просто: 2D визуалният сензор може да се параметризира за повечето случаи на употреба чрез функцията за обучение на безплатния софтуер на ifm Vision Assistant и неговите асистенти за параметризиране и няколко щраквания на мишката.
Три приложения за Dualis
“В консултация със специалист по автоматизация от ifm идентифицирахме три приложения, за които може да се използва Dualis“, обяснява Кукс. „Първото приложение включва откриване на дефекти в прясно нанесената електродна суспензия върху повърхността на филмовия субстрат. Разбирате ли, замърсяването или пропуснатите зони ще имат отрицателен ефект върху безопасността и производителността на клетката и следователно трябва да бъдат идентифицирани като скрап“, казва Кукс. “В същото време се проверяват и размерите на покритието. При непрекъснат процес на нанасяне се измерва ширината на филма; при периодичен процес на прилагане се измерва и дължината.”
В началото на производствения процес визуалният сензор Dualis (O2D5) следи прилагането на суспензията. Двустранното наблюдение също се тества в научноизследователския институт „Фраунховер“.
Винаги прецизно навит
Ако и двете страни на филма са покрити, се използва втори Dualis за проверка на долната страна.
“В този случай трябва да гарантираме, че суспензията се прилага от двете страни в еднаква степен, за да гарантираме необходимото качество.” В третия сценарий Dualis инспектира ръба на филма и покритието. „Мокра суспензия се нанася върху филма и след това преминава през процес на сушене. След това покритият, изсушен електроден филм се навива. В противен случай неравномерното натоварване може да повреди филма и покритието.
Изображение 1: Пропуските в покритието на суспензията водят до отхвърляне и е наложително те да бъдат идентифицирани. Визуалният сензор Dualis на ifm показва този дефект, като по този начин спомага за поддържане на процента на отхвърляне до минимум.
Изображение 2: Dualis също така надеждно идентифицира неравности или джобове в приложената суспензия, гарантирайки качество и висока производителност.
От цифровия близнак до паспорта на батерията
Данните от визуалния сензор могат да се използват не само за намаляване на процента на бракуваните продукти на ранен етап и за гарантиране на качеството. От 2026 г. ще бъде задължително всички новопроизведени батерии да имат паспорт на батерията. Той ще съдържа информация не само за веригата на доставки и използваните нови или рециклирани суровини, но и за характеристиките и състоянието на батерията. “Всички данни, които сензорите записват по време на целия производствен процес, могат да бъдат прехвърлени към цифровия близнак. След това може да се използват за лесно създаване на паспорт на батерията.”
Добър пример за успешно партньорство
Fraunhofer FFB все още е в начална фаза. В бъдеще местоположението в Мюнстер ще осигури капацитет за производство в промишлен мащаб с голям обем. “Това има за цел да ни позволи да произвеждаме батерии с висока производителност, за да тестваме съвместно нови технологии с партньори в индустрията в изследователски проекти в реални условия. По този начин сътрудничеството с ifm е добър пример за това как можем да тестваме, оптимизираме и подобряваме технологиите за производство на акумулаторни клетки на бъдещето с нашите партньори.
Заключение
В партньорство с научноизследователския институт „Фраунховер“ за производство на акумулаторни клетки FFB, ifm може да тества своя 2D визуален сензор Dualis в реални условия. В бъдеще получените знания ще помогнат на всички: Fraunhofer FFB, ifm, производители на акумулаторни клетки и електромобилност като цяло.
