Akumulatory pojazdów elektrycznych to złożone systemy, zbudowane z wielu modułów zawierających liczne ogniwa. Te ostatnie, zwłaszcza cylindryczne w dużych formatach, zyskują na znaczeniu w branży motoryzacyjnej. Współpraca ZDB, Fraunhofer IPA i acp systems zaowocowała stworzeniem uniwersalnej platformy do badań i produkcji cylindrycznych ogniw. System ten umożliwi szybkie prototypowanie nowych rozwiązań, w tym zaawansowanych konstrukcji zakładki i optymalizację procesów.

Innowacyjny system nawijania dopełnia unikatową w skali Europy linię produkcyjną cylindrycznych ogniw akumulatorowych, przeznaczonych zarówno dla baterii litowo-jonowych, jak i przyszłych technologii, takich jak akumulatory sodowo-jonowe. Cały proces produkcyjny, od powlekania i nawijania po montaż, napełnianie i formowanie, jest w pełni zdigitalizowany i zintegrowany. Realizacja projektu została wsparta finansowo przez Ministerstwo Gospodarki, Pracy i Turystyki Badenii-Wirtembergii.

– W ZDB możemy objąć wszystkie etapy procesu związane z produkcją ogniw akumulatorowych. Proces nawijania jest jednym z kluczowych procesów w produkcji ogniw cylindrycznych, ponieważ galaretowata rolka jest centralnym elementem ogniwa akumulatorowego. Uruchamiając system nawijania online, wypełniliśmy lukę w całkowicie zdigitalizowanym łańcuchu procesów, dzięki czemu linia produkcyjna jest kompletna – mówi Julian Grimm, szef zespołu badawczego w Fraunhofer IPA i zastępca dyrektora ZDB.

Elektrody i separatory zwinięte w galaretowatą rolkę

Przygotowanie ogniwa wymaga precyzyjnego nawinięcia elektrod dodatniej i ujemnej wraz z dwoma separatorami, tworząc galaretowatą rolkę. Następnie rolka jest montowana w cylindrycznej obudowie, a elektroda prętowa, włożona przez centralny otwór, służy do spawania rolki do podstawy.

Nowy system nawijania cylindrycznych ogniw akumulatorowych to nie tylko linia produkcyjna. Będzie służył również jako platforma badawcza, umożliwiając opracowywanie innowacyjnych systemów i formatów ogniw oraz testowanie ich jakości.

– To, co czyni nasz system wyjątkowym, to jego elastyczność. Pozwala nam realizować różne formaty ogniw w różnych rozmiarach i konstrukcjach zakładek, takich jak konstrukcje bezzakładkowe, które nie mają przyspawanej zakładki. Zakładka, wąski element zaciskowy na anodzie i katodzie, przez który musi przepływać energia elektryczna, jest punktem dławiącym w ogniwach wielkoformatowych – mówi Grimm. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Energetyka

3 filary transformacji energetycznej: OZE, wodór, metan

Spowolnienie globalnego ocieplenia to podstawowe zadanie trwającej transformacji energetycznej. Jej kluczowym założeniem jest redukcja emisji dwutlenku węgla do atmosfery. 

W przypadku ogniw okrągłych, trend zmierza w kierunku większych formatów ogniw, które zajmują więcej miejsca zarówno pod względem średnicy, jak i wysokości. Oznacza to, że rolka i samo ogniwo są większe. Problem polega jednak na tym, że im większe są ogniwa, tym trudniej jest zbierać prąd i rozpraszać ciepło. 

– Możemy sprostać temu wyzwaniu dzięki indywidualnym projektom zakładek. Na przykład w konstrukcji bez wypustek, folia nośna wykonana z aluminium i miedzi może służyć do gromadzenia prądu i rozpraszania ciepła, umożliwiając lepsze przewodzenie obu niż tradycyjna wypustka – wyjaśnia Grimm. 

Innowacyjne konstrukcje ogniw zapewniają jednorodność w ogniwach cylindrycznych, pozwalając na duże formaty ogniw. Większe ogniwa z większą ilością aktywnego materiału mogą być wykorzystane do osiągnięcia większej gęstości energii, co z kolei zwiększa zasięg pojazdów elektrycznych.

Gromadzenie danych związanych z ogniwami baterii

Aby zminimalizować ilość odpadów i poprawić jakość produkcji, cały proces został zdigitalizowany i w pełni zintegrowany. Czujniki w czasie rzeczywistym zbierają dane, które są agregowane w chmurze i powiązane z poszczególnymi ogniwami baterii dzięki technologiom identyfikowalności opracowanym w Fraunhofer IPA. To umożliwia analizę warunków produkcji, szkolenie sztucznej inteligencji oraz tworzenie usług monitorujących, analitycznych i prognostycznych. Dzięki temu możliwe jest szybsze wykrywanie i eliminowanie błędów, usprawniając cały proces.

– Innowacyjne projekty komórek wymagają przeprojektowania i optymalizacji procesów produkcyjnych, które możemy badać za pomocą systemu nawijania. Połączenie innowacyjnego projektu ogniwa i zwinnego podejścia do produkcji jest kluczem do spełnienia wymagań szybko zmieniającego się krajobrazu energetycznego, umożliwiając szybsze wprowadzanie na rynek nowych rozwiązań i torując drogę do zrównoważonych, wysokiej jakości technologii akumulatorowych – mówi Grimm. 

Producenci i użytkownicy elektrod, separatorów i ogniw mogą również wykorzystywać system do testowania swoich prototypów, produktów, komponentów ogniw, materiałów i projektów.

Źródło: Fraunhofer