Festo è vicina a voi, ovunque produciate le vostre batterie. Festo offre il know-how più appropriato, i prodotti giusti e la miglior assistenza, come abbiamo dimostrato più volte con i nostri progetti per i principali produttori di batterie. In qualità di fornitore completo per tutte le attività, Festo offre un programma completo di componenti compatibili per la produzione di batterie, senza rame, senza zinco e adatti agli ambienti asciutti.
Per ciascuna delle numerose fasi nella produzione delle batterie Festo propone le soluzioni di automatizzazione adatte, di tipo pneumatico, elettrico o con una combinazione di più tecnologie.
Nella produzione di celle di batteria le materie prime liquide e granulari vengono introdotte utilizzando valvole di processo a controllo pneumatico. Questi materiali sono spesso fortemente abrasivi e corrosivi. Per rendere sicuro il processo i componenti dell'automatizzazione necessari devono garantire la massima robustezza.
Questo è esattamente ciò che offrono le unità di valvola a farfalla di Festo, costituite da valvola a farfalla, attuatore oscillante, valvola pilota e scatola sensore. Inoltre essendo completamente preassemblate e testate consentono una messa in funzione rapida ed efficiente. L’attivazione pneumatica avviene tramite il nuovo sistema di controllo modulare CPX-E in combinazione con l’unità di valvole VTUG dal prezzo interessante dell'assortimento core di Festo e con tubi PUN-H, i raccordi QS, regolatori di portata unidirezionali GRLA.
Con la miscelazione si forma un impasto di rivestimento omogeneo (slurry) che viene applicato sulle pellicole di elettrodi nel processo di rivestimento successivo.
Per alimentare le materie prime nel miscelatore Festo offre un’unità completa costituita da valvola a sfera, attuatore oscillante, valvola pilota e scatola sensore. L’unità assemblata e testata assicura che le materie prime, gli additivi conduttivi, i solventi e i leganti vengano introdotti nelle esatte quantità indicate nella ricetta e convogliati con la giusta portata. Se occorre un dispositivo di controllo proporzionale si può utilizzare il regolatore di posizione CMSX.
Per asciugare gli elettrodi, le camere di processo vengono continuamente evacuate al fine di eliminare l’umidità. A tal fine nell'essiccatore occorre generare un vuoto che viene controllato dalle unità di valvola di processo descritte nelle fasi precedenti. L’aria carica di umidità viene aspirata dal dispositivo con una valvola a farfalla o una valvola a sfera. Festo offre entrambi i tipi. Il metodo di montaggio viene definito dal cliente. Il regolatore della posizione CMSX è l’ideale se occorre un regolatore proporzionale.
Dopo l’asciugatura, la pellicola di elettrodo viene raffreddata, compressa da rulli rotanti e resa omogenea. La pellicola viene introdotta in diversi rulli di guida e quindi tesa e distesa con precisione, utilizzando un controllo ballerino.
Per una velocità di avanzamento uniforme la pellicola deve inoltre essere temporaneamente stoccata in rulli ballerini.
Questo può avvenire con il cilindro standard DSBC in combinazione con un regolatore di pressione VPPE o con il nuovo VPPI. Il DSBC è anche disponibile in una versione ad attrito ridotto. Se sono necessarie solo corse brevi, si consiglia l’esclusivo Fluidic Muscle DMSP come attuatore. Il DMSP è anch’esso privo di attrito, funziona inoltre con assoluta precisione e raggiunge una massima accuratezza di ripetizione. L’azionamento pneumatico avviene con l’unità di valvole VTUG dal prezzo vantaggioso in combinazione con la valvola singola VUVG dell'assortimento core Festo nonché con le unità di manutenzione MS, i tubi PUN-H e i raccordi a innesto NPQR.
Durante il taglio un’ampia striscia di pellicola di elettrodi viene suddivisa in diverse strisce più strette. Tale processo di taglio può essere di tipo termico con taglio laser oppure meccanico con una lama rotante. Per aumentare la durata della lama, durante questo processo viene spruzzato un refrigerante direttamente su quest’ultima. IL liquido deve essere dosato in modo controllato e in minime quantità. La testina dosatrice VTOE di Festo è particolarmente adatta per questo compito.
Se la macchina si ferma durante l’operazione di taglio, le strisce di elettrodi vengono fissate utilizzando i cosiddetti “WebCatcher”. Per garantire velocità e rapidità dei tempi di riposta, vengono impiegate valvole a commutazione rapida MHE4 e cilindri DSBC.
Le particelle di polvere che si formano durante il taglio vengono raccolte in uno speciale sistema di aspirazione della polvere basato sul vuoto. Il vuoto viene regolato mediante unità di valvola di processo con valvola a sfera (costituita da SRBC, DPFD, VSNC, VZBD) o con una unità di valvola a farfalla.
I depositi di polvere vengono aspirati dai contenitori di raccolta della polvere utilizzando valvole a impulso. La valvola a impulso VZWE con la sua portata elevata è l’ideale per questo compito. L’intero sistema può essere controllato con un CPX-E. Tutte le valvole VZWE utilizzate possono essere azionate in serie come gruppo con un segnale tramite moduli CPX-AP-I, semplificando notevolmente l’installazione.
Nella fase successiva del processo di produzione le linguette di contatto elettrico vengono punzonate dalle strisce di elettrodo. Durante la produzione di celle a sacchetto le strisce di elettrodo vengono anche tagliate in fogli separatori. Per questo processo occorrono macchine con unità di taglio o punzonatura molto pesanti, le quali spesso sono così pesanti da non consentire l’esecuzione manuale di operazioni come il cambio utensile.
Con la soluzione di equilibratura YHBP di Festo, negli interventi dell’assistenza si possono muovere e sostituire in modo rapido e sicuro anche utensili pesanti. Il cilindro a soffietto EB è la soluzione perfetta per allentare l’utensile dalla sua posizione, dato che richiede solo un’altezza ridotta. In altre parole si adatta senza problemi sotto l’utensile e ha comunque abbastanza forza per sollevare la parte pesante. L’EB, insieme al kit di bilanciatura YHBP, è pertanto la combinazione perfetta per sostituire utensili pesanti.
A seconda della concezione dell’impianto le lamiere tagliate dopo il processo di punzonatura possono essere stoccate in un magazzino o trasferite direttamente alla fase di processo successiva. Per il trasporto sicuro, le lamiere vengono fissate mediante vuoto su nastri trasportatori forati.
Il vuoto necessario viene regolato tramite una unità di valvola di processo, costituita da una valvola a farfalla KVZA, un attuatore oscillante DFPD, una valvola pilota VSNC e una scatola sensore SRBC. Una valvola a sfera VZBF funge da valvola di scarico. I singoli condotti sotto vuoto vengono regolati tramite una valvola di bloccaggio VZQA, che è controllata tramite una valvola regolatore di pressione proporzionale VEAB. Questo permette una regolazione precisa del vuoto necessario e ottimizza anche il consumo di energia.
Nella produzione di celle a sacchetto avviene un processo di impilamento; per la produzione di celle rotonde e celle prismatiche è necessario anche un processo di avvolgimento. Durante il processo di impilamento i fogli di elettrodi vengono sovrapposti in un ciclo ripetitivo costituto da anodo, separatore, catodo, separatore, ecc. Per questa fase di processo Festo offre sistemi di movimentazione elettrica completi, composti da cinematica degli assi, motori e regolatori del servoazionamento. Tutti i componenti sono perfettamente sintonizzati tra loro.
Le soluzioni di portale EXCM, EXCH, YXCR pronte per l’uso sono pensate usando combinazioni di assi elettrici ELGC efficienti in termini di costi, mini slitte EGSC e moduli rotativi ERMO.
Per la massima resa sono necessarie velocità molto elevate, che vengono garantite dalla valvola di commutazione rapida MHJ9 con frequenze di commutazione fino a 500 Hz. Il vuoto necessario per l’aspirazione e lo spostamento dei fogli di elettrodi viene prodotto dai generatori di vuoto VN. I movimenti verso l’alto e verso il basso dei magazzini sono eseguiti con vantaggio di costi attraverso il cilindro elettrico EPCC o gli assi lineari elettrici EGC. I processi possono essere monitorati tramite l’ampia gamma di sensori o telecamere, offerta da Festo. Infine tutto viene controllato usando il nuovo sistema di controllo CPX-E.
Prima dell’avvolgimento delle strisce di elettrodo è previsto un breve arresto per poterle tagliare alla lunghezza desiderata con un utensile da taglio fisso. Poi le bobine madri tagliate vengono condotte rapidamente e con precisione nella macchina di avvolgimento.
A questo punto è necessario un sistema di carico ad alta precisione con movimenti sincronizzati. Per la dovuta precisione è previsto un sistema di movimentazione costituito da pinze DHPS, valvole pneumatiche VUVG, assi a vite elettrici ELGC-BS, servomotori EMMT-AS e regolatori del servoazionamento CMMT-AS. Anche questo viene controllato usando il nuovo sistema di controllo modulare CPX-E.
Durante il processo di avvolgimento per celle di batteria rotonde e prismatiche si crea una "jelly roll", che è composta da una striscia di anodo, un separatore e una striscia di catodo. Per controllare con precisione il movimento delle strisce occorre muovere con precisione e in modo uniforme un numero elevato di rulli ballerini e bordi del nastro. A tal fine viene creata una soluzione innovativa con una combinazione di muscolo fluidico DMSP, valvola di pressione proporzionale VEAB e valvola regolatore di pressione di precisione LRP.
L’DMSP è un attuatore completamente senza attrito mentre il VEAB, grazie alla sua singolare tecnologia piezo, presenta un comportamento di regolazione assolutamente uniforme. Insieme si ottiene un sistema di regolazione ballerino della massima precisione. Non appena la jelly roll di una cella di batteria prismatica raggiunge lo spessore necessario nel processo di avvolgimento, le strisce di elettrodi sovrapposte vengono separate. Con questa applicazione il processo di taglio deve essere eseguito con la massima precisione e sicurezza, in un ambiente molto ristretto. Il cilindro compatto Clean Design CDC rappresenta qui la soluzione perfetta. Con le sue superfici lisce e i sensori di prossimità integrati CDC è molto facile da pulire e le particelle di elettrodi come ad esempio quelle che si creano durante il taglio, sono facilmente rimovibili.
La cella della batteria viene riempita di elettrolita dopo che la pila di celle, o jelly roll, è stata inserita nell'alloggiamento della batteria. L'elettrolita viene dosato tramite la valvola di bloccaggio VZQA. Il controllo avviene tramite singole valvole VUVG o unità di valvole VTUG: tutte valvole compatte, efficienti e a prezzi vantaggiosi dall’assortimento core di Festo.
Le estreme condizioni ambiente durante il processo di riempimento richiedono materiali resistenti agli agenti chimici e alle alte temperature. I tubi dell’aria PFAN e i raccordi a innesto in acciaio inossidabile NPQR sono perfettamente adatti a tal fine. Poiché l'elettrolita reagisce con l'acqua per formare acido fluoridrico, l'aria dell'ambiente deve essere molto asciutta durante il riempimento delle celle della batteria. A garanzia di ciò, l'aria viene evacuata in modo permanente dalla cella della macchina e scaricata. Il vuoto necessario viene generato a livello centrale tramite una pompa per vuoto. Un sistema di valvole di bloccaggio VZQA, unità di valvole VTUG e sensori di pressione SPAN esegue la regolazione.
Per formazione si intende il processo iniziale di carica/scarica delle celle di batteria. Le celle sono stoccate in vaschette di formazione nella scaffalatura e durante la formazione vengono ripetutamente caricate e scaricate. Questo processo dura alcune ore. Dato che i ripiani di formazione sono molto grandi, occorrono sistemi di movimentazione con assi lunghi e velocità elevate.
Qui Festo può contare su un’esperienza pluriennale con sistemi comparabili per testare dischi rigidi. Il programma comprende quindi numerose soluzioni per il carico e lo scarico delle vaschette di formazione, come sistemi di movimentazione con assi a cinghia dentata ELGA e mini slitte elettriche EGSL come posizionatori lineari. Il grande vantaggio di ELGA è il nastro di copertura ad azione magnetica in acciaio inossidabile che riduce al minimo le emissioni di particelle. Gli assi sono azionati e controllati da servomotori EMMT-AS e dal servoazionamento CMMT-AS. La funzione di movimento viene eseguita dal sistema di automazione modulare CPX-E con programmazione CODESYS. Il sistema a videocamera Festo assicura che la cella della batteria sia posizionata esattamente nel punto di carico.
Durante il processo di formazione nella cella della batteria si accumula gas che deve essere aspirato dalle celle di batteria già chiuse, senza perdita di elettrolita. A tal fine le celle di batteria vengono forate con una lancia cava e il gas viene aspirato fino a rimuovere anche l’elettrolita. Poi il sistema viene commutato e l’elettrolita aspirato viene risoffiato indietro nella cella di batteria, mentre la quantità di gas residua viene eliminata in modo permanente.
Il vuoto ivi necessario viene generato anche da una pompa per vuoto e controllato da valvole di bloccaggio VZQA e sensori di pressione SPAN. Dato che durante questo processo il vuoto e l’impulso di soffiaggio vengono controllati con attenzione, si consiglia anche qui di utilizzare una valvola regolatore di pressione proporzionale VEAB in combinazione con sensori di pressione ad alta precisione SPAN.
Dopo la produzione, le singole celle di batteria vengono combinate in moduli di batteria. A tal fine un dato numero di celle rotonde o a sacchetto viene incorporato nell’alloggiamento modulare e fissato con processi di incollaggio. Con una valvola obliqua VZXA o una unità di valvole di processo completa con valvola a sfera, azionamento oscillante, valvola pilota e scatola sensore è possibile dosare con esattezza la quantità necessaria di componenti adesivi o di adesivo.
La testina dosatrice per la collocazione dei punti adesivi o per applicare il nastro adesivo viene mossa con soluzioni di movimentazione di Festo. L’inserimento delle celle di batteria nei moduli di batteria avviene con le applicazioni pick & place. A seconda della lunghezza degli assi e delle esigenze di precisione per questo compito si utilizzano sistemi a portale con singoli assi EGC o portali EXCH particolarmente dinamici. Tutti i sistemi assiali sono sempre dotati di servomotori EMMT-AS e servoazionamenti CMMT-AS.
Le strisce di elettrodi avvolte, prima di essere inserite nell’alloggiamento della batteria, vanno compresse in un processo di pressatura. Il kit servopressa YJKP è l’ideale per una simile applicazione.
Esso comprende tre componenti: un controllo motore, un software operativo e il sistema elettromeccanico adatto di Festo. Si crea quindi un pacchetto formato da cilindro di pressione azionato ad alberino, motore, regolatore del motore, sensore di forza e controllo: tutto ciò che occorre per applicazioni di pressatura elettriche fino a 50 kN. Il carico e lo scarico avvengono tramite una soluzione pick & place con assi elettrici, come gli assi elettrici ELGC e EGSC, che sono collegati tra loro e sono combinati con una soluzione di pinza a vuoto.
La produzione di celle per batterie è una questione molto delicata, con requisiti differenziati nelle varie aree del sistema. Che si tratti dell'area di lavoro, di trasporto o di controllo, tutte e tre le aree devono soddisfare i requisiti di pulizia. Impurità come rame, zinco o particelle elettricamente conduttive o non conduttive riducono la qualità della batteria o causano scarti.
Per questo motivo sono spesso necessari prodotti privi di rame e zinco e sono raccomandati prodotti per camere bianche. I nostri prodotti standard spesso raggiungono già la classe di camera bianca raccomandata - più vantaggiosa per voi!
Scoprite la nostra gamma di prodotti per la produzione di batterie e se avete domande sull'uso dei nostri prodotti nella vostra applicazione, non esitate a contattarci.
Dalla cella alla produzione di moduli, fino all'inserimento dei sistemi di batterie: Festo ha le giuste soluzioni di automazione per l'intera produzione di batterie, indipendentemente dal fatto che si tratti di tecnologia pneumatica, elettrica o trasversale. Nella produzione di batterie, l'elevata produttività e la ripetibilità sono fattori importanti. Ciò vale per molte fasi del processo, a partire da trasporto, alimentazione e comando di fluidi aggressivi, fino alla manipolazione precisa delle parti e alle applicazioni di pressatura a forza controllata.
Durante la formazione, all'interno della cella della batteria si genera gas che deve essere aspirato. A tale scopo, la cella della batteria viene forata con una lancia cava e il gas espulso, fino a quando non viene aspirato il primo elettrolita. Il sistema commuta e pompa di nuovo l'elettrolita nella cella della batteria, quindi la quantità rimanente di gas viene rimossa. I sistemi di manipolazione Festo aiutano a caricare e scaricare le celle della batteria sui portapezzi, i quali vengono inseriti e rimossi dalla telecamera di processo.
Prodotti idonei al degasaggio e alla saldatura delle celle per batterie
Augmented Reality Animation (disponibile solo in inglese)
Durante il taglio, un'ampia striscia di elettrodi viene suddivisa in diverse strisce di elettrodi più strette. Tale processo di taglio può essere eseguito termicamente mediante taglio laser oppure sotto forma di taglio meccanico con una lama rotante. Per aumentare la durata della lama, il refrigerante viene spruzzato direttamente su quest'ultima durante il processo di taglio. A tal fine, il liquido dev'essere dosato in modo controllato e in quantità molto ridotte. La testina dosatrice di Festo rappresenta la soluzione perfetta per questa mansione. Se la macchina si ferma durante il processo di taglio, le strisce di elettrodi vengono fissate utilizzando i cosiddetti "WebCatcher". Per garantire velocità e rapidità dei tempi di risposta, vengono impiegate valvole a commutazione rapida e cilindri.
Prodotti idonei al taglio e al fissaggio delle strisce di elettrodi
Durante la produzione di una cella a sacchetto, viene eseguito un processo di impilamento. Durante il processo di impilamento, i fogli di elettrodi vengono sovrapposti in un ciclo ripetitivo costituito da anodo, separatore, catodo, separatore, ecc. Festo offre sistemi di movimentazione elettrica completi, composti da cinematica degli assi, motori e regolatori del servoazionamento, per questa fase di processo. Tutti i componenti sono perfettamente armonizzati tra loro. Per la massima resa sono necessarie velocità molto elevate, che vengono garantite dalla valvola di commutazione rapida con frequenze di commutazione fino a 500 Hz. Il vuoto necessario per l'aspirazione e lo spostamento dei fogli di elettrodi è prodotto dai generatori di vuoto.
Prodotti idonei all'impilamento dei fogli di elettrodi
La cella della batteria viene riempita di elettrolita dopo che la pila di celle, o il jelly roll, è stata inserita nell'alloggiamento della batteria. L'elettrolita viene dosato tramite la valvola di bloccaggio. È controllato tramite singole valvole o unità di valvole. Poiché l'elettrolita reagisce con l'acqua per formare acido fluoridrico, l'aria dell'ambiente deve essere molto asciutta durante il riempimento delle celle della batteria. A garanzia di ciò, l'aria viene evacuata in modo permanente dalla cella della macchina e scaricata. Il vuoto necessario viene generato centralmente tramite una pompa per vuoto. Un sistema di valvole di bloccaggio, unità di valvole e sensori di pressione esegue la regolazione.
Prodotti idonei al riempimento con elettrolita
I veicoli elettrici vanno di moda. Batterie potenti ed economiche sono un fattore chiave per il successo. Nel Regno Unito il progetto pilota AMPLiFII di WMG pone le basi per una nuova generazione di batterie per attuatori. Questa innovativa tecnica dell'automazione di Horizon Instruments si combina con la soluzione Pick and Place Festo.
La produzione di celle per batterie è un processo altamente sensibile caratterizzato da un'ampia gamma di requisiti. Impurità come rame, zinco o particelle elettricamente conduttive o non conduttive possono ridurre la qualità delle batterie o renderle inutilizzabili.
Poiché non esiste uno standard di legge, Festo valuta il design del suo prodotto secondo criteri comuni e sulla base di requisiti dettagliati del cliente. Per garantire la sicurezza della produzione di celle per batterie, sono spesso richiesti prodotti per camere bianche e prodotti con restrizioni in merito a metalli non ferrosi come rame e zinco.
Inoltre, l'ambiente di produzione svolge un ruolo importante nella produzione di batterie agli ioni di litio. I prodotti utilizzati nella produzione di celle sono spesso esposti a un ambiente asciutto con punti di rugiada fino a -80 °C.
A seconda dell'elettrolita e del materiale dell'elettrodo, rame, zinco e nichel possono agire come particelle interferenti nella produzione di batterie agli ioni di litio. Per tale ragione, Festo ha definito i criteri delle restrizioni relative a rame, zinco e nichel per lo sviluppo del suo prodotto: sono esclusi dall'impiego i materiali metallici i cui componenti principali sono rame, zinco o nichel. Indipendentemente da ciò, tuttavia, alcune leghe richiedono l'aggiunta di questi elementi all'interno della matrice metallica.
Eccezioni alle restrizioni dei materiali relative a rame, zinco e nichel:
Molti prodotti standard di Festo soddisfano già le limitazioni definite per quanto riguarda rame, zinco e nichel. Sono contrassegnate nella brochure "Soluzioni di automazione per la produzione di batterie" e nella panoramica del nostro online shop.
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Per i prodotti spesso richiesti per la produzione di celle e che non soddisfano la definizione di prodotto standard Festo esistono varianti speciali.
Tali varianti sono contrassegnate con "F1A" nel codice identificativo e si trovano anche nella brochure della panoramica prodotti.
Un ambiente asciutto con un punto di rugiada da -50 °C a -80 °C è tipico per la produzione di celle agli ioni di litio. L'ambiente asciutto inibisce la tendenza idrofila di molti elettroliti e previene il rischio di formazione di acido fluoridrico dannoso, dovuta alla reazione con l'umidità ambientale.
I prodotti standard Festo si sono affermati nelle applicazioni in ambienti asciutti, come la produzione di batterie. I prodotti Festo possono essere utilizzati in un ambiente con punto di rugiada di -80 °C o anche inferiore: nessuno dei circa 60 diversi grassi Festo contiene acqua come parte della formulazione del lubrificante.
Non è quindi possibile che uno di questi grassi si asciughi a contatto con aria anche molto secca. Inoltre, nessuno dei grassi Festo richiede umidità o acqua per ottenere o mantenere le proprie proprietà lubrificanti.
È possibile utilizzare i cilindri, le valvole, le pinze e gli attuatori, tutti i sistemi di manipolazione, di vuoto e ad aria compressa, i sensori, i filtri, i regolatori e i raccordi filettati di oltre 80 serie di prodotti Festo, in ambienti di camera bianca della classe 7 ISO. La maggior parte sono adatti anche per le classi 6 e 5, alcuni anche per la classe 4. Sono possibili, in qualsiasi momento, soluzioni personalizzate.
Tutti i nostri prodotti per le camere bianche sono classificati in base alla norma ISO 14664. Poiché l'emissione di particelle dipende dalla specifica applicazione, si raccomanda di consultare i nostri esperti per conoscere esattamente i requisiti. Noi troveremo il più rapidamente possibile una soluzione funzionale.
Per il futuro mercato della mobilità elettrica, la produzione di batterie è il fattore decisivo. Non mancare alla liberazione di tutto il potenziale, con la tecnologia di automazione di Festo.
Scarica la brochure
Soluzioni per la produzione di batterie (PDF)
Elettromobilità: elettrificazione degli organi di trasmissione (PDF)
La corsa ai sistemi più efficienti è già in corso. In base alle nostre osservazioni, un'automazione efficiente può ridurre notevolmente i costi di produzione delle batterie.
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