Flessibilità nella produzione di batteria

ElringKlinger, un System Partner a livello mondiale nell'industria automobilistica, automatizza la produzione di moduli batteria. KUKA ha sviluppato ad hoc l’impianto totalmente automatizzato.

La batteria: il cuore del veicolo elettrico 

L’impianto di produzione, compresi tutti i processi di controllo, dovrebbe produrre circa 300.000 moduli batteria all'anno. I moduli batteria trovano applicazione soprattutto nei veicoli elettrici, ma sono progettati in modo flessibile e possono quindi trovare l'impiego anche in altri campi.  

Linea di produzione di moduli batteria modulare e totalmente automatizzata

A partire dall’autunno 2020, ElringKlinger dovrebbe avviare la linea di produzione totalmente automatizzata di moduli batteria nello stabilimento di Thale. La mobilità elettrica è di importanza strategica per ElringKlinger. Essendo uno dei primi player tedeschi, la società investe in una linea di produzione altamente automatizzata in di volumi elevati. 

Con il modulo batteria che abbiamo sviluppato internamente vogliamo entrare in un nuovo mercato. Lo stretto legame tra sviluppo e industrializzazione del prodotto ci pone davanti alle nuove sfide tecniche.

Mark Laderer, Director Production Battery Technology & E-Mobility presso ElringKlinger
Produzione di moduli batteria

Produzione di moduli batteria nelle quattro aree dell’impianto

L’impianto è articolato in quattro aree principali. Nella prima sezione, le celle della batteria vengono testate e preparate al montaggio. Nella seconda sezione dell’impianto, viene fabbricato il cosiddetto "modulo grezzo" dalle singole celle delle batterie. Nel “dispositivo di giunzione” le celle vengono unite in una pila, il cosiddetto “stack”. Insieme alle piastre di pressione, posizionate alla fine dello stack, e alle barre di tensione, posizionate lateralmente rispetto alle celle della batteria, questa pila viene pressata. Con l’ausilio di un complesso sistema laser e di un’ottica laser guidata da un robot industriale KUKA del modello KR240, le piastre vengono saldate insieme, realizzando così il modulo grezzo. A seconda dei requisiti, in un modulo vengono aggiunte da dodici a ventiquattro celle di batteria

Nella terza parte dell’impianto, i moduli batteria vengono collegati e testati. A tale scopo viene collegato il sistema di contatti della cella (“ZKS”) e saldato ai contatti di ogni singola cella della batteria. In questo caso, la difficoltà è data dalle tolleranze estremamente ridotte dei componenti e delle giunture nella saldatura laser a contatto, perché deve essere garantita una superficie di contatto ampia con un minimo apporto di calore. La tecnologia di saldatura laser offre il beneficio di lavorare senza contatto e senza esercitare forze, ed è quindi rapida, precisa, priva di usura e ben controllabile. Il risultato di contatto ottimale è garantito dall'ottica dello scanner laser impiegato che consente di creare in modo flessibile la geometria del giunto saldato.

Nella quarta ed ultima sezione si esegue un controllo finale elettrico e meccanico automatizzato dei moduli batteria. Qui vengono controllati tra gli altri i valori di isolamento con una rigidità elettrica fino a un massimo di 5 kV. Questo test assicura che le persone e gli oggetti siano protetti da shock elettrici e correnti di dispersione. Successivamente, l’alloggiamento della batteria viene coperto con una copertura resistente al calore per consentire di toccare il modulo in sicurezza e proteggerlo dalle particelle di polvere. Infine un Data Matrix Code viene inciso al laser sul modulo batteria che consente un’identificazione univoca del modulo batteria.

Assetto modulare per la flessibilità nelle varianti del modulo

La particolarità dell’impianto sta nella sua impostazione modulare che consente una flessibilità nella produzione. “L’impostazione modulare per noi è particolarmente importante in quanto così abbiamo la possibilità di adattarsi rapidamente e facilmente alle esigenze del cliente”, dice Mark Laderer. Per ogni unità è possibile produrre moduli batteria di differenti dimensioni nel formato PHEV2, con un numero di celle compreso tra dodici e ventiquattro. Inoltre è possibile variare la natura del cablaggio delle singole celle della batteria all'interno del modulo batteria.

Preparazione della cella batteria

La nostra aspirazione è poter servire i clienti più piccoli con un prodotto finito, ma anche le grandi aziende con una soluzione personalizzata: la linea KUKA consente di ottenere entrambi i risultati.

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

Tracciabilità completa

Il professionista dell’automazione dedica particolare attenzione anche al tema della Tracciabilità: ogni componente montato nel modulo viene assegnato al prodotto finale insieme ai parametri di processo. Il cliente potrà quindi vedere successivamente nel corso degli anni quali componenti sono stati installati nel singolo modulo batteria e comprendere tutti i passaggi del processo di produzione. Inoltre è possibile individuare rapidamente eventuali errori nel processo produttivo e ottimizzare i processi. “La produzione di moduli batteria non è il semplice abbinamento meccanico di diverse unità”, spiega Max Fluhrer, responsabile del progetto nell'area Battery Solutions di KUKA. 

L’impianto deve poter reagire singolarmente alla qualità di ogni lotto, consentendo le configurazioni di prodotto flessibili ed assicurare la totale tracciabilità richiesta. Siamo orgogliosi di essere stati scelti da ElringKlinger come partner per questo difficile compito.

Max Fluhrer, responsabile del progetto nell’area Battery Solutions di KUKA

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