Flexibilidad en la fabricación de baterías

ElringKlinger, una de las compañías colaboradoras líderes mundiales de la industria automovilística, automatiza la producción de módulos de baterías. KUKA desarrolló para ello la instalación totalmente automatizada.

La batería: El corazón del vehículo eléctrico 

Con la instalación de producción, incluidos todos los procesos de pruebas, está previsto que se produzcan alrededor de 300.000 módulos de baterías por año. Estos se utilizarán principalmente en vehículos eléctricos. No obstante, los módulos de baterías han sido diseñados para ser flexibles y, por lo tanto, también pueden utilizarse para otros ámbitos de aplicación.  

Línea de fabricación de módulos de baterías modular y totalmente automatizada

A partir de otoño de 2020, los módulos de baterías deben producirse en ElringKlinger en la planta de Thale (Alemania) en la línea de fabricación totalmente automatizada. La electromovilidad es una nueva área de negocio con una gran importancia estratégica para ElringKlinger. Como uno de los primeros actores en el mercado alemán, la empresa invirtió en una línea de fabricación de módulos altamente automatizada y de gran volumen. 

Con el módulo de baterías desarrollado por la empresa estamos abriendo nuevos caminos de forma consciente. El desarrollo y la industrialización estrechamente interrelacionados del producto hacen que nos enfrentemos inevitablemente a los desafíos técnicos.

Mark Laderer, Director de Production Battery Technology & E-Mobility en ElringKlinger
Fabricación de módulos de baterías

Fabricación de módulos de baterías a través de cuatro zonas de la instalación

La instalación se divide en cuatro zonas principales. En la primera sección se prueba las celdas de las baterías y se preparan para el montaje. En la segunda sección de la instalación se produce un denominado como en bruto a partir de las celdas de las baterías individuales. En el "dispositivo de unión", las celdas se agrupan para formar una pila, denominado como "stack". Esta pila se comprime con las placas de presión, que se posicionan en los extremos del stack, y las placas tensoras finales, que están ubicadas en las celdas de las baterías. Con la ayuda de un sistema láser complejo y una óptica láser que es guiada por un robot industrial de KUKA del modelo KR240, se sueldan las placas tensoras finales contra las placas de presión de las pilas de celdas y, de este modo, se termina el módulo en bruto. Dependiendo de los requisitos, se unen de doce a veinticuatro celdas de las baterías para crear un módulo de baterías 

En la tercera sección de la instalación, los módulos de baterías se conectan eléctricamente y se miden. Para ello, el sistema de contacto de celdas ("ZKS") se coloca y se suelda con los contactos de cada celda de batería individual. Los desafíos especiales en este caso son las tolerancias muy estrechas de componentes y de unión y los requisitos especiales para la soldadura de contacto por láser, ya que aquí debe generarse de forma fiable una superficie de contacto amplia con una entrada de calor mínima. La tecnología de soldadura por láser ofrece la ventaja de que funciona sin contacto y sin fuerza y al mismo tiempo se puede controlar de forma rápida, precisa, sin desgaste y adecuada. La óptica del escáner láser utilizada asegura un resultado de contacto óptimo que permite diseñar la geometría de las costuras soldadas de manera flexible.

En la cuarta y última zona de la instalación se realiza una comprobación final eléctrica y mecánica automatizada de los módulos de baterías. Entre otras cosas, aquí se comprueban los valores de aislamiento en cuanto a una resistencia a la tensión de hasta cinco kilovoltios. Mediante esta prueba se asegura que las personas y los objetos están protegidos contra las descargas eléctricas y las corrientes de fuga. A continuación, la carcasa de la batería se cubre con una tapa retacada en caliente para proteger el módulo de baterías contra el contacto y las partículas de polvo. Por último, se marca con láser un código de matriz de datos en el módulo de baterías que permite la identificación clara del módulo de baterías.

Estructura modular para aportar flexibilidad en las variantes de módulos

La particularidad de la instalación reside en su estructura modular que asegura la flexibilidad en la fabricación. "La estructura modular era muy importante para nosotros para tener la posibilidad de poder responder de forma rápida y con facilidad a las necesidades de los clientes", comenta Mark Laderer. Pueden producirse módulos de baterías de diferentes tamaños en formato PHEV2 incluyendo de doce a veinticuatro celdas de batería por unidad. Además, se puede variar el tipo de circuito de las celdas de batería individuales dentro del módulo de baterías.

Preparación de las celdas de la batería

Nuestro objetivo es tanto poder ofrecer un producto terminado a los clientes más pequeños y como también poder ofrecer una solución individual a los grupos empresariales consolidados. La línea KUKA nos permite las dos opciones.

Mark Laderer, Director de Production Battery Technology & E-Mobility en ElringKlinger

Trazabilidad para una rastreabilidad completa

El profesional de la automatización prestó una atención especial al tema de la trazabilidad: Cada componente que se monta en el módulo se asigna junto con parámetros de proceso al producto final. De este modo, el cliente puede consultar incluso años más tarde qué componentes se montaron en cada módulo de baterías individual y comprender todos los pasos del proceso de producción. Además, en el proceso de producción se pueden identificar los errores con mayor rapidez y se pueden optimizar los procesos. "La producción de módulos de baterías es mucho más que el ensamblaje mecánico de piezas individuales", explica Max Fluhrer, director de proyecto del área de Battery Solutions de KUKA. 

La instalación debe poder reaccionar individualmente a la calidad de los lotes, permitir configuraciones de productos flexibles y asegurar la trazabilidad al cien por cien mencionada. Estamos orgullosos de haber sido elegidos por ElringKlinger como socios para este trabajo exigente.

Max Fluhrer, director de proyecto del área de Battery Solutions de KUKA

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