Fraunhofer forskningsinstitution – forskning i mere effektiv battericelleproduktion
Applikationsrapport
Dualis 2D-vision-sensoren fra ifm holder nøje øje med elektrodefremstillingen
Elektromobilitet udvikler sig stadig hurtigt i hele verden. Alene mellem 2020 og 2023 blev andelen af registrerede el-køretøjer øget fra under fem procent til ca. 18 procent – og tendensen er klart stigende.
Men: Hvis den tilsigtede mobilitetsovergang skal gennemføres fuldt ud, kræves der især én ting: øget kapacitet til produktion af kraftige batterier – og det meget snart. Som forbindelsesled mellem videnskab, forskning og industri har Fraunhofer forskningsinstitution for battericelleproduktion FFB til hensigt at bidrage til dette for at sikre, at udviklingen af nye, kraftige celleformater fremskyndes.
Målet for Europa er fastsat: EU sigter mod at spille en vigtigere rolle på markedet for battericelleproduktion i fremtiden og har sat sig det mål at forbedre produktionseffektiviteten betydeligt så tidligt som i 2030. Dette skal omfatte en reducering af frasorterede produkter til under fem procent – et ambitiøst forehavende som Fabian Kux, videnskabelig medarbejder (kvalitetssikring) hos Fraunhofer FFB, præciserer: “Spildproducenterne er stadig bemærkelsesværdigt høje i hele den globale batteriproduktionsproceskæde.” Godt tilpassede anlæg producerer ca. 10 procent affald. Denne procentdel kan være endnu højere i opstartsfasen. “Derfor er vores mål at fremskynde fremstillingen af innovative og især effektive battericeller,” siger Kux.
Kvalitetssikring ved brug af 2D-vision-sensorer
FFB tilskriver allerede automatiseringsteknologi en vigtig rolle. “Et vigtigt element i vores forskning er at finde frem til, hvordan sensorteknologi kan hjælpe med at forbedre produkternes kvalitet og de individuelle procestrins effektivitet.” I forbindelse med et fælles projekt med ifm tester Kux og hans team mulighederne for at bruge for eksempel Dualis 2D-vision-sensoren. Dualis kontrollerer konturer og overflader og sammenligner den faktiske tilstand med målspecifikationen. Dette giver mulighed for pålidelig detektering af de mindste forskelle i detaljer, som f.eks. manglende holdeklemmer eller deformerede gevind. Derudover kan overfladedimensioner blive analyseret, som f.eks. – i dette specifikke anvendelseseksempel – på slam, som er en pasta af aktive materialer, ledende additiver, opløsningsmidler og bindemidler, der er blevet påført. Vision-sensoren genkender pålideligt en fejlagtig påføring og udsender en fejlmeddelelse. Processen kan derefter tilpasses igen for at undgå yderligere frasorterede produkter og for at bibeholde en høj produktkvalitet i fremstillingsprocessen. Det er ekstremt enkelt at integrere vision-sensoren: 2D-vision-sensoren kan parametriseres til de fleste anvendelsesformål ved hjælp af indlæringsfunktionen i den gratis Vision Assistant-software fra ifm og dens parametriseringsguider samt ganske få klik med musen.
Tre anvendelsesområder for Dualis
”I samråd med automatiseringsspecialisten ifm identificerede vi tre formål, som Dualis kan anvendes til”, forklarer Kux. “Det første anvendelsesformål består i at detektere defekter i den friskt påførte elektrodeslam på overfladen af filmsubstratet. Ser du, kontaminering eller udeladte områder vil have en negativ effekt på cellens sikkerhed og ydeevne og skal derfor identificeres som affald,” siger Kux. “Samtidig bliver belægningens dimensioner kontrolleret. I en kontinuerlig påføringsproces bliver filmens bredde målt. I en ikke-kontinuerlig påføringsproces bliver også længden målt.”
I begyndelsen af produktionsprocessen overvåger Dualis vision-sensoren (O2D5) påføringen af slammen. Overvågningen af begge sider testes også i Fraunhofer forskningsinstitutionen.
Altid præcist oprullet
Hvis begge sider af en film bliver belagt, bliver en ekstra Dualis anvendt til at inspicere undersiden.
“I dette tilfælde skal vi sikre, at slammet påføres ligeligt på begge sider for at garantere den påkrævede kvalitet.” I det tredje scenarie inspicerer Dualis filmens kant og belægning. “Vådt slam påføres filmen og gennemgår derefter en tørringsproces. Derefter bliver den belagte, tørrede elektrodefilm rullet op. Ellers kan den uregelmæssige belastning beskadige filmen og belægningen.
Billede 1: Mellemrum i slambelægningen resulterer i kassation, og det er tvingende nødvendigt, at de identificeres. Dualis vision-sensoren fra ifm indikerer denne defekt og hjælper således med at holde spildprocenten på et minimum.
Billede 2: Dualis identificerer også pålideligt uregelmæssigheder eller lommer i den påførte slam og sikrer dermed kvaliteten og en høj produktivitet.
Fra den digitale tvilling til batteripasset
Vision-sensorens data kan ikke kun anvendes til at reducere spildprocenten på et tidligt tidspunkt og sikre kvaliteten. Fra 2026 vil det være obligatorisk for alle nyfremstillede batterier, at de har et batteripas. Det vil ikke kun indeholde oplysninger om forsyningskæden og de anvendte nye eller genbrugte råmaterialer, men også om batteriets ydeevne og sundhedstilstand. “Alle de data, som sensorerne registrerer i hele produktionsprocessen, kan overføres til den digitale tvilling. De kan derefter bruges til nem oprettelse af batteripasset.”
Et godt eksempel på et succesrigt partnerskab
Fraunhofer FFB er stadig i opstartsfasen. I fremtiden vil stedet i Münster have kapacitet til produktion af store mængder i industriel skala. “Dette har til formål at give os mulighed for at producere batterier i store mængder for at teste nye teknologier under normale betingelser i samarbejde om forskningsprojekter med partnere i industrien. Samarbejdet med ifm er derfor et godt eksempel på, hvordan vi kan teste, optimere og forbedre fremtidens teknologier til fremstilling af battericeller sammen med vores partnere.
Konklusion
I partnerskab med Fraunhofer forskningsinstitution for battericelleproduktion FFB kan ifm teste sin Dualis 2D-vision-sensor under normale betingelser. I fremtiden vil den indsigt, der er et resultat heraf, hjælpe alle: Fraunhofer FFB, producenter af battericeller og elektromobiliteten som helhed.
