Considérations clés en matière de conception pour la production automatisée de batteries pour véhicules électriques

De nombreux points de conception sont intégrés aux cellules d'assemblage de batteries de véhicules électriques (VE) qui garantissent une fiabilité et une répétabilité élevées, une efficacité globale optimale de l'équipement, un débit maximal et les concepts de numérisation de l'Industrie 4.0. L’examen d’une cellule automatisée de dégazage de batterie de VE largement installée dans l’industrie illustre bon nombre de ces caractéristiques de conception.

Le formage fait référence au processus initial de charge et de décharge des cellules de batterie EV de type cylindrique, prismatique et en poche. Le processus de charge génère du gaz dans chaque cellule de batterie. Le gaz doit être extrait des cellules scellées de la batterie sans perte d’électrolyte.

Depuis les racks de formage, les cellules de batterie sont transférées vers un système de dégazage automatisé. Les pinces à vide soulèvent généralement les cellules de la batterie hors des plateaux et sur le système de dégazage. Un système de manutention en porte-à-faux prélève et place les cellules de la batterie dans et hors d'une chambre de dégazage. Ces deux dernières opérations sont le pick and place, une méthode courante tout au long du processus de production de cellules de batterie EV.

À l’intérieur de la chambre, des vérins pneumatiques déplacent des lances creuses qui percent les cellules de la batterie et, grâce au vide, évacuent le gaz jusqu’à ce que l’électrolyte pénètre dans la lance. Le système passe ensuite du vide à la pression positive et renvoie l'électrolyte dans la cellule de la batterie. L'unité de production scelle la batterie, ce qui se fait généralement par soudage thermique ou par ultrasons. Les cellules de batterie dégazées sont récupérées et placées hors de la chambre de dégazage et remises dans des plateaux. Les plateaux remplis de cellules de batterie passent à l’étape de production suivante.

La cellule de dégazage automatisée présente un mouvement pneumatique et électrique. Pourquoi utiliser à la fois l’électrique et le pneumatique ? Chaque type de mouvement a ses atouts, le pneumatique étant le plus économique et le plus simple des deux. La pneumatique réduit le coût total du système automatisé et simplifie certains aspects du système, permettant une mise en service, une installation et un dépannage plus rapides.

Les actionneurs électriques constituent un moyen plus fiable de synchroniser le mouvement des plaques utilisées pour sceller les cellules de la batterie. Le mouvement synchronisé garantit qu’il n’y a aucun problème d’alignement dû à l’arrivée d’une plaque avant l’autre. Ce niveau de contrôle fait de la précision et du timing des actionneurs électriques la solution optimale pour cet aspect de l'opération. Les concepteurs OEM identifient les domaines dans lesquels un mouvement plus simple et moins coûteux est le meilleur et où la précision électrique est obligatoire pour créer le système le plus rentable pour l'utilisateur final.

Alors que des centaines de cellules de dégazage fonctionnent aujourd'hui, les concepteurs doivent concevoir chacune d'entre elles en fonction de son application spécifique, de son type de cellule, de son environnement et de ses exigences de production. Dans leurs considérations de conception, le dimensionnement correct des composants électriques et pneumatiques est essentiel pour atteindre deux objectifs : la rentabilité et la satisfaction des exigences fonctionnelles.

Une ingénierie excessive due à un dimensionnement incorrect amplifie la complexité, augmente le temps de mise en service et crée des problèmes de dépannage. Recherchez des outils de productivité en ingénierie auprès de fournisseurs qui harmonisent tous les composants ; par exemple, un variateur, un moteur et un actionneur, ou un cylindre, un interrupteur, des raccords et des tubes. Ces outils accélèrent non seulement la conception, mais dimensionnent également correctement le système.

Le système de manutention en porte-à-faux de la cellule de dégazage de batterie est basé sur des axes de broche. Ces axes assurent un chargement et un déchargement dynamiques et sûrs des chambres de dégazage. La conception en porte-à-faux, située directement au-dessus de l'enveloppe de travail, minimise l'empreinte des cellules. Les systèmes cartésiens de sélection et de placement nécessitent rarement une protection ; l'élimination des protections réduit également l'empreinte au sol.

Un système cartésien est idéal car la plupart des manipulations des cellules de batterie s'effectuent par sélection et placement sur les axes X, Y et Z, exactement ce pour quoi le système cartésien est conçu. Ces systèmes Pick and Place offrent une grande précision sur l’ensemble de l’enveloppe de travail, un avantage par rapport aux robots à six axes, qui perdent en précision en périphérie. Les systèmes cartésiens pick and place sont également moins chers que les robots articulés.