Fraunhofer-tutkimuslaitos – tutkimus tehokkaammasta akkukennotuotannosta
ifm:n Dualis 2D-konenäköanturi valvoo tarkasti elektrodien valmistusta
Sähköinen liikkuvuus on yhä maailmanlaajuisesti kiihdytyskaistalla. Pelkästään vuosina 2020–2023 rekisteröityjen sähköajoneuvojen osuus kasvoi alle viidestä prosentista arviolta 18prosenttiin – ja suuntaus on selvästi nouseva.
Kuitenkin: Jos aiottu liikkuvuuden siirtymä halutaan toteuttaa täysimääräisesti, tarvitaan erityisesti yhtä asiaa: lisää kapasiteettia tehokkaiden akkujen tuotantoon. Fraunhoferin akkukennotuotannon tutkimuslaitos FFB pyrkii tieteen, tutkimuksen ja teollisuuden välisenä linkkinä osaltaan varmistamaan, että uusien, tehokkaiden kennomuotojen kehittäminen nopeutuisi.
Euroopan tavoite on asetettu: EU haluaa saavuttaa tulevaisuudessa entistä tärkeämmän roolin akkukennojen tuotantomarkkinoilla, ja se on asettanut tavoitteekseen parantaa tuotantotehokkuutta huomattavasti jo vuoteen 2030 mennessä. Tähän kuuluu myös hylkyjen vähentäminen alle viiteen prosenttiin, mikä on kunnianhimoinen tavoite, kuten Fraunhofer FFB:n laadunvarmistuksen tutkija Fabian Kux selittää: ”Hylkäysprosentit ovat edelleen huomattavan korkeat maailmanlaajuisesti koko akkutuotantoketjussa.” Hyvin säädetyt laitokset tuottavat noin 10 prosenttia hylkyjä; tämä prosenttiosuus voi olla jopa suurempi käynnistysvaiheessa. ”Siksi tavoitteenamme on nopeuttaa innovatiivisten ja ennen kaikkea tehokkaiden akkukennojen valmistusta”, Kux sanoo.
Laadunvarmistus 2D-konenäköantureiden avulla
FFB:ssä automaatiotekniikka on jo nyt tärkeässä asemassa. ”Tärkeä osa tutkimustamme on selvittää, miten anturitekniikka voi auttaa parantamaan tuotteiden laatua ja yksittäisten prosessivaiheiden tehokkuutta.” Kux ja hänen tiiminsä testaavat ifm:n kanssa yhteisessä hankkeessa esimerkiksi Dualis 2D -konenäköanturin käyttömahdollisuuksia. Dualis tarkistaa ääriviivat ja pinnat ja vertaa todellista tilaa tavoitearvoihin. Näin voidaan tunnistaa luotettavasti yksityiskohtien pienimmätkin erot, kuten puuttuvat kiinnityspidikkeet tai huonosti jyrsityt kierteet. Lisäksi pinnan mitat voidaan analysoida, kuten – tässä nimenomaisessa käyttötapauksessa – levitetyn lietteen, aktiivisista materiaaleista valmistetun tahnan, johtavien lisäaineiden, liuottimien ja sideaineiden mitat. Konenäköanturi tunnistaa luotettavasti viallisen levityksen ja antaa virheilmoituksen. Prosessia voidaan tämän jälkeen säätää uudelleen uusien hylkyjen välttämiseksi ja korkean tuotelaadun ylläpitämiseksi valmistusprosessissa. Näköanturin integrointi on hyvin yksinkertaista: 2D-konenäköanturi voidaan parametroida useimmissa käyttötapauksissa ilmaiseen ifm Vision Assistant -ohjelmistoon ja sen parametroinnin aputoimintoihin sisältyvällä opetustoiminnolla ja muutamalla hiiren napsautuksella.
Kolme Dualis-sovellusta
”Konsultoituamme ifm-automaatioasiantuntijaa tunnistimme kolme sovellusta, joissa voisi käyttää Dualis-anturia”, Kux kertoo. ”Ensimmäisessä sovelluksessa substraattikalvolle juuri levitetty elektrodiliete tutkitaan pintavikojen varalta. Kontaminaatio tai väliin jäävät alueet vaikuttavat negatiivisesti kennon turvallisuuteen ja suorituskykyyn, ja siksi ne on luokiteltava hylyiksi”, Kux sanoo. ”Samalla tarkistetaan pinnoitteen mitat. Jatkuvassa levitysprosessissa mitataan kalvon leveys; jaksottaisessa levitysprosessissa mitataan myös pituus.”
Dualis-konenäköanturi (O2D5) valvoo tuotantoprosessin alussa lietteen levittämistä. Fraunhofer-tutkimuslaitoksessa testataan myös kaksipuoleista valvontaa.
Aina tarkasti kelattu
Jos kalvon molemmat puolet pinnoitetaan, alapuolen tarkastamiseen käytetään toista Dualis-anturia.
”Tällöin on varmistettava, että lietettä levitetään molemmille puolille yhtä paljon, jotta voidaan taata vaadittu laatu.” Kolmannessa skenaariossa Dualis tarkastaa kalvon ja pinnoitteen reunan. ”Kalvolle levitetään märkää lietettä, joka sitten käy läpi kuivausprosessin. Pinnoitettu, kuivunut elektrodikalvo kelataan sen jälkeen. Muutoin epäsäännöllinen kuormitus voi vahingoittaa kalvoa ja pinnoitetta.
Kuva 1: Lietteen levityksestä pois jääneet alueet johtavat hylkäämiseen, ja nämä alueet täytyy ehdottomasti tunnistaa. ifm:n Dualis-konenäköanturi tunnistaa tämän puutteen ja auttaa siten minimoimaan hylkykappaleiden määrää.
Kuva 2: Dualis tunnistaa levitetystä lietteestä luotettavasti myös epätasaisuudet tai taskut, mikä takaa laadun ja korkean tuottavuuden.
Digitaalisesta kaksosesta akkupassiin
Näköanturitietoja voidaan käyttää paitsi hylkymäärän vähentämiseen varhaisessa vaiheessa myös laadun varmistamiseen. Vuodesta 2026 alkaen kaikilla uusilla valmistetuilla akuilla täytyy olla akkupassi. Se sisältää tietoja sekä toimitusketjusta ja käytetyistä uusista tai kierrätetyistä raaka-aineista että akun suorituskyvystä ja terveydestä. ”Kaikki tiedot, joita anturit tallentavat koko tuotantoprosessin ajan, voidaan siirtää digitaalisiin kaksosiin. Tätä voidaan sitten käyttää helposti akkupassin luontiin.”
Hyvä esimerkki onnistuneesta kumppanuudesta
Fraunhofer FFB on vielä käynnistysvaiheessa. Tulevaisuudessa Münsterin toimipisteessä on kapasiteettia suuren volyymin ja teollisen mittakaavan tuotantoon. ”Tämän tarkoituksena on mahdollistaa akkukennojen valmistaminen suurella tuotantoteholla, jotta voimme testata uusia teknologioita tutkimushankkeissa todellisissa olosuhteissa yhdessä alan kumppaneiden kanssa. Yhteistyö ifm:n kanssa on siten hyvä esimerkki siitä, miten voimme testata, optimoida ja laajentaa tulevaisuuden akkukennojen valmistustekniikoita yhdessä kumppaneidemme kanssa”, hän jatkaa.
Yhteenveto
ifm voi testata Dualis 2D-konenäköanturiaan todellisissa olosuhteissa yhteistyössä Fraunhoferin akkukennotuotannon tutkimuslaitoksen FFB kanssa. Tästä saatu tieto auttaa kaikkia tulevaisuudessa: Fraunhofer FFB:tä, ifm:ää, akkukennojen valmistajia ja koko sähköisen liikkuvuuden alaa.
