Flexibilidade na fabricação de baterias

ElringKlinger, um dos parceiros de sistema líder mundial da indústria automotiva, automatiza a produção de módulos de bateria. Para isso, a KUKA desenvolveu a instalação totalmente automatizada.

A bateria: O componente principal do veículo elétrico 

Com a instalação de produção, incluindo todos os processos de teste, devem ser fornecidos cerca de 300.000 módulos de bateria por ano. Estes encontram a sua aplicação, sobretudo, em veículos elétricos. Contudo, os módulos de bateria são concebidos de forma flexível e, portanto, utilizáveis para outras áreas de aplicação.  

Linha de fabricação modular e totalmente automatizada de módulos de bateria

No terceiro trimestre de 2020 os módulos de bateria na ElringKlinger deverão ser fabricados na linha de fabricação totalmente automatizada na planta de Thale. A eletromobilidade é uma nova área de negócios de alta importância estratégica para a ElringKlinger. Como um dos primeiros atores no mercado alemão, a empresa investe em uma linha de produção de módulos de grande volume, altamente automatizada. 

Com o módulo de bateria de desenvolvimento próprio estamos desbravando novos caminhos de forma consciente. O desenvolvimento e a industrialização estreitamente interligados do produto nos colocam diante de desafios técnicos inevitáveis.

Mark Laderer, Director Production Battery Technology & E-Mobility na ElringKlinger
Fabricação de módulos de bateria

Fabricação de módulos de bateria através de quatro áreas da instalação

A instalação é dividida em quatro áreas principais. No primeiro segmento as células de bateria são testadas e preparadas para a montagem. No segundo segmento da instalação é fabricado o chamado módulo bruto das respectivas células de bateria. No "dispositivo de união" as células são agrupadas para isto em uma pilha, chamada de "stack". Junto com as placas de aperto, que são posicionadas no fim do stack, e os tirantes, que são posicionados lateralmente nas células de bateria, esta pilha é prensada. Por meio de um sistema laser complexo e um sistema óptico de laser, que é conduzido por um robô industrial KUKA do modelo KR240, os tirantes são soldados nas placas de pressão das pilhas de células, produzindo assim o módulo bruto. De acordo com os requisitos, são unidas doze a vinte e quatro células de bateria em um módulo de bateria 

No terceiro segmento da instalação os módulos de bateria são interligados eletricamente e medidos. Para isso, o sistema de contato de células ("ZKS") é posicionado e soldado com os contatos de cada célula individual da bateria. O desafio principal aqui são as tolerâncias de componentes e de união bastante reduzidas, bem como os requisitos especiais à solda por contato laser, pois aqui deve ser gerada uma área de contato grande e segura com um mínimo de entrada de calor. A tecnologia de solda a laser tem a vantagem de trabalhar sem contato e sem aplicação de força, além de ser rápida, precisa, livre de desgaste e bem controlável. O sistema óptico de scanner a laser provê um resultado de contato ideal, que permite estruturar de forma flexível a geometria dos cordões de solda.

No quarto e último segmento da instalação ocorre um teste final elétrico e mecânico automatizado dos módulos de bateria. Aqui são testados, entre outros, os valores de isolação quanto a uma resistência à tensão de até cinco quilovolts. Por meio deste teste é assegurado que pessoas e objetos estejam protegidos contra descargas elétricas e correntes de fuga. Em seguida, o compartimento de bateria é coberto com uma tampa aplicada a quente, para tornar o módulo de bateria seguro contra contato e protegê-lo contra partículas de pó. Por último, um Data Matrix Code é gravado a laser no módulo de bateria, que permite a identificação inequívoca do módulo de bateria.

Estrutura modular para flexibilidade nas variantes de módulos

A particularidade da instalação está na sua estrutura modular, que provê a flexibilidade na fabricação. "A estrutura modular era especialmente importante para nós, para termos a possibilidade de reagir de forma rápida e descomplicada aos desejos do cliente.", relata Mark Laderer. Podem ser produzidos módulos de bateria de diferentes tamanhos no formato PHEV2 com doze a vinte e quatro células de bateria por unidade. Além disso, o modo como as respectivas células de bateria são interligadas dentro do módulo de bateria pode ser variado.

Preparação de células de bateria

A nossa pretensão é poder atender tanto clientes menores com um produto acabado, como também empresas estabelecidas com uma solução individual – a linha KUKA nos permite ambos.

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

Traceability para rastreabilidade completa

Outro enfoque especial abordado pelo profissional de automação foi o tema Traceability: todo componente instalado no módulo é atribuído ao produto final junto com parâmetros de processo. Assim o cliente pode ver, mesmo depois de anos, quais componentes foram instalados em cada módulo de bateria individual e pode rastrear todos os passos do processo de produção. Além disso, é possível identificar de forma mais rápida falhas no processo de produção e otimizar processos. "A produção de módulos de bateria é mais do que a simples montagem mecânica de peças avulsas.", explica Max Fluhrer, Gerente de Projeto na área de Battery Solutions da KUKA. 

A instalação deve poder reagir individualmente à qualidade de lotes, permitir configurações de produção flexíveis e assegurar a rastreabilidade 100 % acima mencionada. Temos orgulho ter termos sido escolhidos pela ElringKlinger como parceiro para esta função tão desafiadora.

Max Fluhrer, Gerente de Projeto na área de Battery Solutions da KUKA

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