Flexibilité dans la fabrication de batteries

ElringKlinger, un des leaders mondiaux parmi les intégrateurs partenaires de l’industrie automobile, automatise la production de modules de batteries. KUKA a développé à cet effet une installation entièrement automatisée.

La batterie : le cœur du véhicule électrique 

L'usine de production, tous les processus de contrôle compris, va produire environ 300 000 modules de batteries par an. Ceux-ci seront avant tout utilisés dans des véhicules électriques. Cependant, les modules de batteries sont conçus pour être flexibles et peuvent donc être utilisés dans d’autres domaines d’application. 

Ligne de fabrication de modules de batteries modulaire et entièrement automatisée

À partir de l’automne 2020, les modules de batteries seront fabriqués sur la ligne de fabrication entièrement automatisée de l’usine ElringKlinger de Thale. L’électromobilité est une nouvelle branche d’activité à grande importance stratégique pour ElringKlinger. En tant que l'un des premiers acteurs sur le marché allemand, l'entreprise investit dans une ligne de fabrication de modules de grande taille et hautement automatisée. 

Le module de batterie que nous avons développé nous ouvre de nouveaux domaines. Le rapport étroit entre le développement et l’industrialisation du produit nous place inévitablement devant de grands défis techniques.

Mark Laderer, Director Production Battery Technology & E-Mobility chez ElringKlinger
Fabrication de modules de batteries

Fabrication de modules de batteries sur les quatre zones d’installation

L’installation est divisée en quatre secteurs principaux. Dans la première section, les cellules de batteries sont testées et préparées pour le montage. Dans la deuxième partie de l’installation, un module brut est fabriqué à partir de différents éléments de batteries. Pour ce faire, les cellules sont rassemblées pour former une pile, nommée « Stack » dans le « dispositif de mariage ». Cette pile est pressée avec les plaques de pression placées aux extrémités de la pile et les tirants placés sur les côtés des cellules de batteries. À l’aide d’un système de laser complexe et d’un système optique laser guidé par un robot industriel KUKA de type KR240, les tirants sont soudés contre les plaques de pression de la pile de cellules et le module brut est ainsi fabriqué. En fonction des besoins, douze à vingt-quatre cellules de batteries sont assemblées pour former un module de batteries 

Dans la troisième section de l’installation, les modules de batterie sont soumis au câblage électrique et sont mesurés. Pour ce faire, le système de contact des cellules (« ZKS ») est mis en place et soudé avec les contacts de chaque cellule de batteries. Ici, la plus grande difficulté réside dans les tolérances de pièces et d’assemblage très réduites ainsi que dans les exigences particulières auxquelles est soumis le soudage de contact au laser. En effet, une grande surface de contact doit être créée avec un apport de chaleur minimum. La technologie de soudage laser a l’avantage de travailler sans contact ni force et d’être rapide, précise, sans usure et facilement contrôlable. Le système de scanners optiques utilisé garantit un résultat de contact optimal permettant de concevoir la géométrie des cordons de soudage avec flexibilité.

Un contrôle final électrique et mécanique automatisé des modules de batteries est effectué dans la quatrième et dernière zone de l’installation. Ici, les valeurs d’isolation, entre autres, sont contrôlées afin de vérifier qu’elles ont une tension de tenue à fréquence industrielle pouvant atteindre cinq kilovolts. Ce test permet de garantir que les personnes et les objets sont protégés contre les décharges électriques et les courants de fuite. Ensuite, le boîtier de batteries est recouvert avec un couvercle étanchéifié par matage afin de sécuriser le module de batteries contre les contacts et de le protéger des particules de poussière. Pour finir, un code Data Matrix est gravé au laser sur le module de batteries. Celui-ci permet une identification explicite du module de batteries.

Structure modulaire : plus de flexibilité pour les différentes variantes de modules

La particularité de l’installation réside en sa structure modulaire garantissant la flexibilité de la fabrication. « Pour nous, la structure modulaire était particulièrement importante afin d’avoir la possibilité de réagir rapidement et facilement aux divers souhaits des clients. », déclare Mark Laderer. Il est possible de produire des modules de batteries de différentes tailles en format PHEV2 avec douze à vingt-quatre cellules de batteries par unité. En outre, le type de câblage des différentes cellules de batteries peuvent varier au sein du module de batteries.

Préparation des cellules de batteries

Notre impératif est de pouvoir proposer un produit fini à des petits clients tout comme une solution individuelle à de grands groupes bien implantés - la ligne KUKA nous permet de réaliser ces deux solutions.

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

Traceability pour une traçabilité sans failles

L’expert de l’automatisation a également accordé une attention particulière au thème Traceability. Chaque pièce intégrée au module est affectée au produit final avec des paramètres de processus. Ainsi, le client peut voir, même des années plus tard, quels composants ont été intégrés dans chaque module de batteries et suivre toutes les étapes du processus de production a posteriori. De plus, dans le cadre du processus de production, il est possible d’identifier plus rapidement des défauts et d’optimiser les processus. « La production de modules de batteries est plus qu’un assemblage mécanique de pièces individuelles. », explique Max Fluhrer, chef de projet du département Battery Solutions de KUKA. 

L’installation doit être capable de réagir individuellement à la qualité des lots, permettre des configurations flexibles de produits et garantir cent pour cent de traçabilité. Nous sommes fiers d’avoir été choisis par ElringKlinger en tant que partenaire pour ces tâches particulièrement exigeantes.

Max Fluhrer, chef de projet du département Battery Solutions de KUKA

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