Fraunhofer Research Institution - Fraunhoferovo výzkumné centrum – výzkum účinnější výroby bateriových článků
Kamerový senzor Dualis 2D od společnosti ifm dohlíží na výrobu elektrod
Elektromobilita se po celém světě nadále rozvíjí rychlým tempem. Jen mezi lety 2020 a 2023 vzrostl podíl registrovaných elektromobilů z méně než pěti procent na odhadovaných 18 procent – a trend evidentně stoupá.
Nicméně: má-li být zamýšlený přechod na novou mobilitu plně uskutečněn, je zapotřebí zejména jedna věc: zvýšení kapacity výroby výkonných baterií – a to velmi brzy. Jako spojovací článek mezi vědou, výzkumem a průmyslem chce Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB přispět k urychlení vývoje nových výkonných formátů článků.
Cíl pro Evropu byl již stanoven: EU chce v budoucnu hrát významnější roli na trhu výroby bateriových článků a stanovila si cíl výrazně zvýšit účinnost výroby již do roku 2030. To má zahrnovat snížení počtu zmetků pod pět procent, což je ambiciózní úkol, jak vysvětluje Fabian Kux, výzkumný pracovník (QA - zajištění kvality) ve FraunhoferFFB: „Míra vyřazených výrobků je v celém řetězci výroby baterií po celém světě stále výrazně vysoká.“ Dobře nastavené závody produkují přibližně 10 % odpadu; ve fázi uvádění do provozu může být toto procento ještě vyšší. „Proto je naším cílem urychlit výrobu inovativních a především účinných bateriových článků,“ říká Kux.
Zajištění kvality pomocí 2D kamerových senzorů
FFB již přisuzuje automatizační technice důležitou roli. „Důležitým prvkem našeho výzkumu je zjistit, jak může technologie senzorů pomoci zvýšit kvalitu výrobků a efektivitu jednotlivých procesních kroků.“ V rámci společného projektu se společností ifm testuje Kux a jeho tým například možnosti využití 2D kamerového senzoru Dualis. Senzor Dualis kontroluje obrysy a povrchy a porovnává skutečný stav s cílovou specifikací. To umožňuje spolehlivě odhalit i ty nejmenší rozdíly v detailech, jako jsou chybějící přídržné svorky nebo deformované závity. Kromě toho, lze analyzovat rozměry povrchu, například (v tomto konkrétním případě použití) nanesené suspenze, pasty z aktivních materiálů, vodivých přísad, rozpouštědel a pojiv. Kamerový senzor spolehlivě rozpozná vadnou aplikaci a vyšle chybové hlášení. Proces lze následně upravit tak, aby nedocházelo k dalším zmetkům a aby byla zachována vysoká úroveň kvality výrobků ve výrobním procesu. Integrace kamerového senzoru je velmi jednoduchá: 2D kamerový senzor lze parametrizovat pro většinu případů použití pomocí funkce učení bezplatného softwaru ifm Vision Assistant, jeho parametrizačních asistentů a několika kliknutí myší.
Tři aplikace pro Dualis
„Po konzultaci se specialistou na automatizaci společností ifm jsme identifikovali tři aplikace, pro které lze Dualis použít,“ vysvětluje Kux. „První aplikace zahrnuje detekci chyb v čerstvě nanesené elektrodové suspenzi na povrchu podkladu fólie. Znečištěná nebo vynechaná místa mají negativní vliv na bezpečnost a výkonnost článku, a proto musí být označena jako zmetek,“ říká Kux. „Současně se kontrolují i rozměry nátěru. Při kontinuálním procesu nanášení se měří šířka fólie; při přerušovaném procesu se měří i délka.“
Na začátku výrobního procesu monitoruje kamerový senzor Dualis (O2D5) nanášení suspenze. Oboustranné monitorování se testuje také ve Fraunhoferově výzkumném centru.
Vždy přesně navinuté
Pokud se natírají obě strany fólie, používá se ke kontrole spodní strany druhý přístroj Dualis.
„V tomto případě musíme zajistit, aby byla suspenze nanášena na obě strany ve stejné míře, aby byla zaručena požadovaná kvalita.“ Ve třetím scénáři kontroluje Dualis okraj fólie a nátěru. „Mokrá suspenze se nanáší na fólii a poté prochází procesem sušení. Poté se natřená a vysušená elektrodová fólie navine. V opačném případě může nepravidelné zatížení poškodit fólii a nátěr.
Obrázek 1: Mezery v povlaku suspenze mají za následek vyřazení a je nutné je identifikovat. Kamerový senzor Dualis společnosti ifm tuto vadu signalizuje, čímž pomáhá udržet míru zmetků na minimu.
Obrázek 2: Systém Dualis také spolehlivě identifikuje nepravidelnosti nebo prohlubně v nanášené suspenzi, čímž zajišťuje kvalitu a vysokou produktivitu.
Od digitálního dvojčete k bateriovému pasu
Údaje z kamerového senzorů lze využít jak ke snížení míry zmetků v počáteční fázi tak ik zajištění kvality. Od roku 2026 budou muset být všechny nově vyrobené baterie povinně opatřeny pasem baterie. Ta bude obsahovat nejen informace o dodavatelském řetězci a použitých nových nebo recyklovaných surovinách, ale také o výkonu a stavu baterie. „Všechna data, která senzory zaznamenávají v průběhu celého výrobního procesu, lze přenést do digitálního dvojčete. To pak lze snadno použít k vytvoření pasu baterie.“
Dobrý příklad úspěšného partnerství
FraunhoferFFB je zatím v počáteční fázi. V budoucnu bude v Münsteru k dispozici kapacita pro velkoobjemovou výrobu vprůmyslovém měřítku. „To nám má umožnit vyrábět baterie s vysokou kapacitou, abychom mohli společně s partnery z průmyslu testovat nové technologie ve výzkumných projektech v reálných podmínkách. Spolupráce se společností ifm je tak dobrým příkladem toho, jak můžeme s našimi partnery testovat, optimalizovat a rozšiřovat technologie výroby bateriových článků budoucnosti.
Závěr
Ve spolupráci s Fraunhofer Research Institution for Battery Cell Production FFB může společnost ifm testovat svůj kamerový senzor Dualis 2D v reálných podmínkách. Získané poznatky v budoucnu pomohou všem: Fraunhofer FFB, společnosti ifm, výrobcům bateriových článků a elektromobilitě jako celku.
