Pojazdy elektryczne (EV) wymagają bardziej wydajnej produkcji, aby sprostać rosnącym wymaganiom, a zastosowanie robotyki i serwomotorów może w tym pomóc.
W skrócie
Poznanie typów akumulatorów do pojazdów elektrycznych i typy obudów ogniw.
Analiza procesu produkcji akumulatorów do pojazdów elektrycznych, w którym pomocne mogą być zautomatyzowane układy sterowania ruchem.
W jaki sposób robotyka i serwomotory mogą przyspieszyć produkcję akumulatorów do pojazdów elektrycznych, aby przyspieszyć proces przetwarzania, w tym depaletyzację, rozpakowywanie, załadunek i rozładunek, nakładanie kleju, spawanie, przechowywanie i kompletację?
Produkcja pojazdów elektrycznych (EV) rośnie, a to stworzyło wysoki popyt na akumulatory do pojazdów elektrycznych. Wraz z rosnącym popytem na te baterie, potrzeba skutecznej automatyzacji procesu ich produkcji ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia popytu wymaganego do zaopatrzenia rynku pojazdów elektrycznych. Serwomotory AC i robotyka będą ważne w automatyzacji produkcji tych akumulatorów.
Wiele różnych typów pojazdów elektrycznych tworzy popyt na akumulatory. Chociaż w pierwszej kolejności na myśl przychodzą samochody elektryczne, rośnie również zapotrzebowanie na akumulatory do elektryfikacji samolotów, motocykli, pojazdów rekreacyjnych, ciągników rolniczych i domowego sprzętu do pielęgnacji trawników. Wszystkie te pojazdy i urządzenia wykorzystują akumulatory, jednak w zależności od wymagań stosowane są różne rodzaje technologii akumulatorowych. Poniżej przedstawiamy kilka różnych stosowanych technologii akumulatorowych wraz z zaletami i wadami każdej z nich.
Akumulatory litowo-jonowe są najczęściej stosowane w przenośnej elektronice użytkowej i są najpopularniejszym wyborem dla pojazdów elektrycznych i hybryd plug-in. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają najniższy koszt spośród trzech powyższych typów akumulatorów, jednak ich niska gęstość mocy sprawia, że nie są one atrakcyjnym rozwiązaniem dla pojazdów elektrycznych. Akumulatory NiMH oferują wysoką gęstość energii i okazały się bardzo trwałe. Są one powszechnie stosowane w hybrydowych pojazdach elektrycznych (HEV), jednak ich wysoki koszt, porównywalnie wyższe wytwarzanie ciepła i samorozładowanie ograniczają ich zastosowanie w pojazdach elektrycznych. Ponieważ akumulatory litowo-jonowe są najpopularniejszym wyborem dla pojazdów elektrycznych, popyt na nie szybko rośnie. Istnieje potrzeba zwiększenia produkcji akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych.
Akumulatory EV mają trzy rodzaje obudów ogniw
Istnieją trzy typy obudów ogniw stosowanych w akumulatorach do pojazdów elektrycznych.
- Jak sama nazwa wskazuje, ogniwa cylindryczne mają kształt cylindryczny. Ogniwa te można układać w stosy w dużych ilościach, tworząc zestaw baterii, który może zawierać setki lub tysiące ogniw cylindrycznych.
- Ogniwa pryzmatyczne mają prostokątny kształt i mogą być bardzo wydajnie układane w kopertę roboczą. Jedno ogniwo pryzmatyczne może zawierać taką samą ilość energii jak setki ogniw cylindrycznych.
- Ogniwa typu woreczkowego różnią się znacznie konstrukcją i wykorzystują metalową torebkę, która jest elastyczna, dzięki czemu można je dopasować do małych lub unikalnych kształtów.
Wszystkie trzy technologie są obecnie wykorzystywane przez różnych producentów pojazdów elektrycznych. Pojazdy elektryczne wymagają jednak wielu takich ogniw, aby były w stanie wygenerować wystarczającą moc dla pojazdu. Integracja tych ogniw w realne zestawy baterii wymaga znacznego nakładu pracy, który można zautomatyzować, aby uzyskać przepustowość wymaganą do produkcji na dużą skalę. Wiele etapów procesu produkcyjnego stwarza możliwości wykorzystania serwomechanizmów i robotyki do automatyzacji montażu tych zestawów akumulatorów.
Depaletyzacja za pomocą robotyki
Ogniwa baterii są najprawdopodobniej dostarczane do producenta pojazdów elektrycznych jako grupy ogniw w pudełkach ułożonych na palecie. Pierwszym krokiem umożliwiającym wprowadzenie tych ogniw do procesu produkcyjnego będzie zdjęcie ich z palety i umieszczenie na linii produkcyjnej. Proces ten nazywany jest depaletyzacją. Jednym z najskuteczniejszych sposobów automatyzacji tego procesu jest zastosowanie robota depaletyzującego. Robot oferuje dobrą równowagę między powtarzalnością i elastycznością, aby prawidłowo usunąć skrzynki z palety i umieścić je na przenośniku. Palety często przesuwają się, wyginają lub ściskają podczas transportu, więc połączenie wizji maszynowej i robota jest zwykle wymagane do prawidłowego rozwiązania tej aplikacji.
Odkręcanie ogniw baterii EV za pomocą robotów
Po umieszczeniu na linii przenośnika ogniwa akumulatorów muszą zostać wyjęte ze skrzyń, w których zostały dostarczone. W zależności od złożoności skrzyń i ogniw, może to być obsługiwane za pomocą 6-osiowego robota i/lub rozwiązania bramowego wykorzystującego serwomotory AC.
Rozładunek/załadunek do uchwytu baterii za pomocą robota
Podobnie jak w przypadku procesu rozpakowywania, ogniwa baterii muszą zostać przeniesione do uchwytu lub pakietu baterii. Będzie to ostateczny pojemnik, który pomieści grupy ogniw reprezentujących pojedynczy zestaw baterii. Proces ten można również rozwiązać za pomocą serwomechanizmów prądu przemiennego lub robota 6-osiowego. Jeśli linia produkcyjna musi obsługiwać różne rodzaje produktów, robot może być najlepszym rozwiązaniem ze względu na jego elastyczność, którą można wykorzystać do nowych produktów. Jeśli linia będzie dedykowana dla niewielkiej ilości produktów, rozwiązanie bramowe wykorzystujące serwonapędy prądu przemiennego i siłowniki mechaniczne może oferować lepsze połączenie przepustowości i kosztów posiadania.
Robotyczny dozownik kleju
Kleje mogą być stosowane w wielu częściach procesu montażu akumulatora. Może to obejmować stosowanie klejów do łączenia ogniw baterii ze sobą lub z pakietem, przyklejanie ogniw baterii do płyty chłodzącej oraz nakładanie kleju uszczelniającego w celu połączenia górnej pokrywy z dolną tacą pakietu. Wiele klejów można nakładać za pomocą 3-osiowej bramy XYZ, która jest skoordynowana z dozownikiem napędzanym serwomechanizmem. W zależności od złożoności wzoru dozowania, sterownik można najlepiej zaprogramować za pomocą kodu G.
Łączenie drutem, spawanie laserowe z robotyką
Po prawidłowym zagnieżdżeniu ogniw akumulatora w pakiecie, ogniwa należy połączyć ze sobą elektrycznie. Powszechnie stosowanym procesem jest łączenie przewodowe. Łączenie przewodów oferuje elastyczne rozwiązanie do łączenia wszystkich baterii w pakiecie. Automatyczna wiązarka przewodów może wykorzystywać wiele serwomechanizmów prądu przemiennego do szybkiego przechodzenia od ogniwa do ogniwa. Innym procesem, który można wykorzystać do połączenia ogniw, jest spawanie laserowe. W tym procesie wytłoczony szablon szyny zbiorczej jest umieszczany na ogniwach akumulatora. Następnie spawarka laserowa łączy ogniwa z szynami za pomocą kontrolowanej wiązki lasera. Serwomechanizmy AC są często używane do przesuwania spawarki laserowej po ogniwach akumulatora.
Przechowywanie i kompletacja akumulatorów
Gotowe zestawy akumulatorów muszą zostać usunięte z linii produkcyjnej. W przypadku dużych linii produkcyjnych, pakiety te mogą trafić do automatycznego systemu magazynowania i kompletacji. Systemy te, które są używane do przechowywania, sortowania i wybierania pakietów baterii w razie potrzeby, mogą być najlepiej zautomatyzowane przy użyciu dużego 6-osiowego robota i siódmej osi pozycjonera liniowego, który może pozwolić robotowi na przemierzanie systemu od końca do końca. Zdolność robota do dotarcia do wielu lokalizacji, przegubowego przemieszczania pakietów akumulatorów i umieszczania ich w żądanym miejscu sprawia, że jest to idealne rozwiązanie dla tego zastosowania.
Produkcja pojazdów elektrycznych i akumulatorów do nich stwarza wiele nowych możliwości automatyzacji, ponieważ producenci samochodów dostosowują swoje procesy montażowe do obsługi pojazdów elektrycznych. Wiele aplikacji to podobne lub niewielkie wariacje procesów, które można zaobserwować w innych branżach. Rozwiązania wykorzystujące serwonapędy i robotykę będą nadal odgrywać ważną rolę w automatyzacji aplikacji tworzonych przez tę nową branżę.
Jeff Willis jest dyrektorem ds. sprzedaży motywów, Yaskawa America Inc.
