Szybkość w testowaniu akumulatorów

Innowacyjna technologia automatyzacji dla e-mobilności

Pojazdy elektryczne wyznaczają trend. Wydajne i oszczędne akumulatory są decydującym czynnikiem sukcesu. W Wielkiej Brytanii pilotażowy projekt AMPLiFII prowadzony przez WMG kładzie podwaliny pod nową generację akumulatorów. Projekt obejmuje innowacyjną technologię automatyki firmy Horizon Instruments z rozwiązaniem pick & place firmy Festo.

Rozwój samochodów elektrycznych nabiera tempa. Chiny postawiły sobie i producentom samochodów ambitne cele i dążą do tego, aby do 2020 roku 12 procent wszystkich pojazdów było elektrycznych. Francja chce, by wszystkie samochody sprzedawane po 2040 roku były elektryczne. Volvo zapowiada wycofanie silnika spalinowego do 2030 roku. London Taxi Company chce również wprowadzić na rynek taksówki elektryczne i przyjęła w tym celu nową nazwę: London Electric Vehicle Company. Nowe taksówki będą miały ten sam klasyczny wygląd co ich poprzednicy, ale będą czystsze i cichsze. Rząd Wielkiej Brytanii dostrzegł zwrot w kierunku pojazdów elektrycznych i w lipcu 2017 r. ogłosił duży program inwestycyjny mający na celu rozwój technologii akumulatorów.

Projekt pilotażowy Automated Module-to-pack Pilot Line for Industrial Innovation, w skrócie AMPLiFII, pokazuje, jak wydajna automatyzacja może przyczynić się do konkurencyjnej produkcji akumulatorów w Europie.

Zaprojektowany dla ograniczonej przestrzeni

W ramach pilotażowej linii montażu akumulatorów AMPLiFII, producent maszyn specjalnego przeznaczenia i integrator systemów Horizon Instruments opracował system szybkiego pobierania komórek. Stanowiło to wyjątkowe wyzwanie dla Dyrektora Technicznego Daniela Boltona i jego zespołu. Podczas projektowania linii do produkcji modułów akumulatorowych napotkali kilka ograniczeń technicznych i praktycznych: "Mieliśmy stosunkowo ograniczoną przestrzeń, w której można było zmieścić urządzenia, ograniczony budżet, a także czas realizacji wynoszący zaledwie siedem miesięcy. Musieliśmy również znaleźć sposób, aby przetestować elektrycznie każde ogniwo, obrócić ogniwa w razie potrzeby i umieścić je w modułach z dużą precyzją i szybkością."

Jednym z głównych zadań instalacji pilotażowej jest jednoczesne testowanie grup 30 ogniw pod względem prądu i napięcia, jeszcze zanim zostaną one indywidualnie umieszczone w modułach baterii metodą pick and place. Wysokie koszty i ograniczenia przestrzenne sprawiły, że nie było możliwe zmieszczenie 30 indywidualnych testerów baterii. Trzeba było znaleźć rozwiązanie. Wraz z grupą badawczo-edukacyjną WMG na Uniwersytecie w Warwick, Horizon Instruments opracował interfejs multipleksera na zamówienie, który pozwolił na zastosowanie jednego testera baterii. Oprócz zauważalnej oszczędności miejsca i kosztów, mogą być one również wykorzystywane do zbierania danych porównawczych dotyczących stanu kontroli.

Rozwiązanie specjalne na zamówienie w osiem tygodni

Po samym teście ogniwa baterii są precyzyjnie wyrównywane i w razie potrzeby obracane. Następnie system pick and place wkłada je do modułu umieszczonego na przenośniku. Zakład może być skonfigurowany do obsługi dokładnej liczby ogniw, która czasami może się zmieniać. Zazwyczaj po zmontowaniu zużywa się 100 pojedynczych ogniw na moduł o łącznej wadze około dziewięciu kilogramów.

Firma Festo dostarczyła kompaktowe, kompletne rozwiązanie z technologią robota kartezjańskiego, zapewniające szybkią i precyzyjny handling. "Dzięki temu nie musieliśmy koordynować działań wielu dostawców ani martwić się o kompatybilność produktu" - wyjaśnia Daniel Bolton. "W ciągu zaledwie ośmiu tygodni od złożenia zamówienia mieliśmy   specjalny system. Festo zapewniło nam również wsparcie techniczne w całym procesie projektowania, instalacji i uruchomienia." Dzięki nowemu rozwiązaniu automatyzacji każde ogniwo może zostać pobrane, obrócone, wyrównane i umieszczone w modułach w ciągu 1,2 sekundy.

System manipulacyjny EXCH do delikatnych elementów

Premiera w Wielkiej Brytanii

Sercem akumulatorowego systemu pick-and-place jest Festo EXCH-60. Płaski portal został opracowany z myślą o operacjach montażowych, w których małe i lekkie elementy produkowane seryjnie muszą być pozycjonowane szybko i elastycznie. W tym celu EXCH, napędzany przez dwa zamontowane silniki, zapewnia najwyższą dynamikę. Ponieważ poszczególne osie nie wymagają oddzielnych portali, zapewnia to precyzyjne ustawienie. Przy prędkości do 5 m/s i wartościach przyspieszenia do 50 m/s2 może wykonać 100 operacji na minutę z powtarzalnością ±0,1 mm.

Dla Steve'a Sandsa z Festo użycie EXCH jest przełomowym krokiem: "W tym projekcie po raz pierwszy w Wielkiej Brytanii użyto płaskiego portalu Festo. Technologia automatyzacji zastosowana w linii pilotażowej do produkcji akumulatorów do pojazdów elektrycznych została pierwotnie opracowana do budowy paneli słonecznych. Idealnie nadaje się do transportu wrażliwych elementów i umieszczania ich z wysoką precyzją."

Płąski portal 2D jest sterowany przez terminal CPX. Pozwala to na umieszczenie najnowocześniejszej elektroniki i pneumatyki na jednej, samodzielnej płycie.

Wytyczanie drogi ku przyszłości

Nowe rozwiązanie w zakresie automatyzacji inspiruje nie tylko przedstawicieli inżynierii mechanicznej i techniki automatyzacji. Zdaniem profesora Roberta Harrisona z Uniwersytetu w Warwick, projekt pilotażowy dowodzi również, "że szybkie urządzenie do pobierania ogniw i inne stacje robocze umożliwiają zautomatyzowaną pakowania ogniw akumulatorowych w moduły". Otwiera to drogę do odpowiedniej modernizacji całego zakładu produkcyjnego." Profesor Harrison uważa, że projekt pomoże w opracowaniu następnej generacji akumulatoró dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych. "Połączenie najlepszych ręcznych i zautomatyzowanych metod montażu w produkcji akumulatorów kładzie podwaliny pod nowy, zautomatyzowany łańcuch dostaw dla przemysłu motoryzacyjnego w Wielkiej Brytanii" - mówi ekspert ds. systemów automatyzacji.

WMG

Coventry CV4 7AL
Uniwersytet Warwick
Anglia

www.warwick.ac.uk/fac/sci/wmg

Zakres działalności: Badania i rozwój


Horizon Instruments

Ghyll Industrial Estate
Heathfield, East Sussex
Anglia

www.horizoninstruments.co.uk

Zakres działalności: rozwój i produkcja zintegrowanych rozwiązań w zakresie automatyzacji

  1. Ten artykuł ukazał się w czasopiśmie technicznym dla klientów Festo trends in automation 1.2018
Przegląd