Batterieproduktion

Smarter Greifer zur integrierten Batteriezell-Prüfung

Der smarte Batteriezell-Greifer von Schunk vereint Handling, Identifikation und 100-Prozent-Qualitätskontrolle von Li-Ion-Zellen in einem Modul. Die All-in-One-Lösung ermöglicht so in der Batterieproduktion eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen bei maximaler Prozessqualität.

Der Batteriezell-Greifer bestimmt während der Handhabung alle für die Qualitätskontrolle relevanten geometrischen und elektrischen Parameter von Li-Ion-Zellen. © Schunk

Lithium-Ionen-Akkus gelten aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihres Speichervermögens als technologische Schlüsselkomponenten der Elektromobilität und stationärer Speichersysteme. Intensive F&E-Aktivitäten haben in jüngster Zeit dazu geführt, dass deren Leistungsfähigkeit steigt und die Ladezeiten zurückgehen. Zugleich sinken jedoch die Stückerlöse um bis zu 20 Prozent pro Jahr.

Der Anteil von Handarbeitsplätzen bei der Produktion der Akkupacks erschwerte bislang eine kostenattraktive Herstellung in großen Stückzahlen. So wird bis heute beispielsweise der Zustand der einzelnen Li-Ion-Zelle sowohl bei deren Versand aus der Zellproduktion als auch beim Wareneingang in der Akkupackmontage größtenteils manuell mithilfe von Messgeräten geprüft. Das ist zeitintensiv und aufgrund von Bedienfehlern zum Teil mit fehlerhaften Messergebnissen verbunden. Um die für die kommenden Jahre prognostizierte, steigende Nachfrage zu bewältigen, kann dieser Vorgang nun vollständig automatisiert werden.

Autonome Kontrolle aller relevanten Parameter
Hierfür hat Schunk ein integriertes Greifsystem entwickelt, das seine strategisch exponierte Position „closest-to-the-part“ aktiv nutzt, um alle für das Handling und die Qualitätskontrolle erforderlichen Prozessschritte autonom zu erledigen: Der Greifer nimmt die prismatische Li-Ion-Zelle schonend auf und fährt sie während des Handhabungsprozesses in eine definierte Prüfposition innerhalb des Greifers. Dort wird die Zelle vollautomatisch über einen Barcode- oder Data-Matrix-Code identifiziert und geometrisch vermessen.

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Zugleich werden die Temperatur und Wölbung der Zelloberfläche sowie wichtige elektrische Parameter bestimmt: Ruhespannung zur Ermittlung des Ladezustands (SOC), Zellinnenwiderstand, Isolationswiderstand, Impedanz bei zwei Frequenzen zur Ermittlung der Kapazität.

Über ein integriertes PC-System auf der Ebene des Greifmoduls können die aufbereiteten Informationen in Echtzeit sowohl der Anlagensteuerung als auch ERP-Systemen und übergeordneten Datenbanksystemen via Ethernet TCP/IP zur Verfügung gestellt werden. Dort lassen sich Auswertungen zu fehlerhaften oder abweichenden Modulen automatisch dokumentieren und gegebenenfalls als Mängelanzeige direkt an den Zulieferer senden.

Die Datenkennlinien können in der Visualisierung getrennt angezeigt werden. Aus der Analyse der Messdaten lassen sich Informationen zur Produkt- und Prozessverbesserung gewinnen. Nach Abschluss der vollintegrierten Qualitätskontrolle schleust der Greifer die Zelle in der Modulfertigung in die passende Linie ein oder setzt die Zelle in den Versandtray des Zellherstellers. NIO-Teile werden automatisch ausgeschleust.

Modulares Konzept zur individuellen Prozessgestaltung
Über standardisierte mechanische Schnittstellen lässt sich der Batteriezell-Greifer mit unterschiedlichen Roboter- oder Portalsystemen verbinden. Die Ansteuerung erfolgt über digitale I/O. Aufgrund des modularen Konzepts sowie frei konfigurierbarer Regelkreise lassen sich sowohl die Art als auch der Umfang der einzelnen Prüfprozeduren individuell definieren. Zudem können auf Wunsch weitere Messungen und Auswertungen integriert werden. Das modulare Sensorikkonzept und konfigurierbare Regelkreise sichern flexible Einsatzmöglichkeiten. In der Spitze sind Taktzeiten unter zwei Sekunden möglich.

Batteriepack-Montage: Schunk-Greifsysteme ermöglichen ein automatisiertes Aufnehmen und Stapeln der Zellmodule, schnelle Fügeprozesse und eine hohe Prozesssicherheit. © Schunk

Smarte Greifsysteme wie der Batteriezell-Greifer bieten die Möglichkeit für autonome Prozesse und leisten in mehrerlei Hinsicht einen wichtigen Beitrag für die Produktion von morgen: Zum einen senken die vollintegrierten Lösungen die Kosten der Gesamtanlage, da zusätzliche Messtechnik entfällt und sowohl der Platzbedarf und als auch der Inbetriebnahmeaufwand reduziert werden. Zum anderen lässt sich bei verringertem Personalaufwand die Prozessgeschwindigkeit spürbar erhöhen.

Die aus Messprotokollen gewonnenen Ergebnisse jeder hergestellten Zelle liefern Informationen, um Anlagen effizienter zu gestalten sowie bei Abweichungen frühzeitig im Herstellungsprozess einzugreifen und Kosten zu senken. Gerade in der Batterieproduktion sind intelligente All-in-One-Lösungen wie der Batteriezell-Greifer ein wichtiger Schlüssel, um eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen bei maximaler Prozessqualität zu ermöglichen. as

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