Il Fraunhofer Institut e il partner industriale acp systems AG hanno unito le forze per commissionare un sistema di avvolgimento che funge da piattaforma di ricerca e produzione innovativa per testare nuovi formati e componenti di celle insieme a design di linguette.
Un sistema di avvolgimento per celle di batteria cilindriche, note anche come celle rotonde, fungerà da piattaforma di ricerca e produzione versatile per testare rapidamente nuovi formati di celle e design di linguette e metodi avanzati per migliorare la qualità e ottimizzare i processi. A svilupparlo il Fraunhofer Institut con il partner industriale acp systems AG.
Il nuovo sistema di avvolgimento completa una linea di produzione diversa da qualsiasi altra in Europa per la produzione di celle di batteria cilindriche per batterie agli ioni di litio e future tecnologie di batterie come le batterie agli ioni di sodio. La caratteristica speciale della catena di produzione è che tutte le fasi del processo sono digitalizzate e interconnesse, dal rivestimento e dall’avvolgimento all’assemblaggio, al riempimento e alla formatura. Il Ministero dell’economia, del lavoro e del turismo del Baden-Württemberg ha fornito finanziamenti per la costruzione e l’installazione del sistema di avvolgimento.
“Presso ZDB, possiamo coprire tutte le fasi di processo coinvolte nella produzione di una cella di batteria. Il processo di avvolgimento è uno dei processi principali nella produzione di celle cilindriche, poiché il rotolo di gelatina è il fulcro della cella della batteria. Portando online il sistema di avvolgimento, abbiamo colmato una lacuna nella catena di processo completamente digitalizzata, quindi la linea di produzione è completa”, afferma Julian Grimm, responsabile del team di ricerca presso Fraunhofer IPA e vicedirettore del Center for Digitalized Battery Cell Manufacturing (ZDB).
Elettrodi e separatori arrotolati in rotoli di gelatina
Ci sono circa una dozzina di fasi di lavoro coinvolte per preparare una cella all’uso. Durante il processo di avvolgimento, gli elettrodi positivo e negativo vengono arrotolati insieme con due separatori per formare un rotolo di gelatina. Dopodiché, la batteria viene assemblata, una fase che richiede che il rotolo di gelatina venga spostato e posizionato con grande precisione. Un elettrodo a barra viene quindi inserito attraverso il foro centrale nel rotolo e utilizzato per saldare il rotolo alla base del cilindro.
Ma il nuovo sistema di avvolgimento per celle cilindriche è più di una semplice piattaforma di produzione per rotoli di gelatina. Servirà anche come piattaforma di ricerca per sviluppare sistemi e formati di celle innovativi e testarne la qualità. “Ciò che rende unico il nostro sistema è la sua flessibilità. Ci consente di realizzare diversi formati di celle in diverse dimensioni e design di linguette, come i design senza tavolette, che non hanno una linguetta saldata su di essi. La linguetta, un elemento terminale stretto sull’anodo e sul catodo attraverso cui deve fluire l’elettricità, è il punto di strozzatura nelle celle di grande formato” spiega Grimm.
Raccolta dati associata alle celle della batteria
Per ridurre al minimo gli sprechi e migliorare la qualità, l’intero processo di produzione è digitalizzato e interconnesso. A tal fine, i sensori raccolgono dati, che vengono poi aggregati in tempo reale nel cloud. Le tecnologie di tracciabilità sviluppate presso Fraunhofer IPA consentono di associare i dati raccolti alle celle della batteria prodotte. Ogni singola cella della batteria prodotta è disponibile per analisi dei dati e per addestrare l’intelligenza artificiale. In questo modo, è possibile tracciare le condizioni in cui è stata prodotta la cella e determinare come si relazionano alla qualità del prodotto finale. I dati vengono utilizzati per sviluppare servizi con capacità di monitoraggio, analisi e predittive. Ciò consente di migliorare il processo di produzione ed eliminare le fonti di errore più rapidamente di prima.
I produttori e gli utenti di elettrodi, separatori e celle possono anche utilizzare il sistema per testare i loro prototipi.
Foto Fraunhofer IPA/Rainer Bez
