El mayor desarrollo y evolución de los sistemas de almacenamiento existentes es un requisito previo clave para la transición energética.El Centro para la fabricación digitalizada de celdas de batería (ZDB) del Instituto Fraunhofer de ingeniería de fabricación y automatización IPA y acp Systems AG han unido fuerzas para poner en marcha un sistema de bobinado para celdas de batería cilíndricas con formatos y diseños flexibles.

Sirve como uninvestigación innovadoray plataforma de producción para probar nuevos formatos de celdas y componentes junto con diseños de pestañas y también permite el desarrollo de celdas de gran formato para futuras tecnologías de baterías.El sistema de bobinado es el primero de su tipo en el mundo.Está integrado en una infraestructura de producción de celdas de batería automatizada y digitalizada.

Las baterías de vehículos eléctricos constan de varios módulos, cada uno de los cuales consta de muchas celdas de batería individuales.Estos módulos son la pieza central de cualquier batería y son responsables de la mayor parte de la creación de valor.Las celdas de batería cilíndricas se han vuelto cada vez más populares en la industria automotriz en los últimos años, con una tendencia que favorece los formatos de celda grandes.

ZDB de Fraunhofer IPA y acp Systems AG desarrollaron, construyeron y ahora pusieron en marcha en estrecha colaboración un sistema de bobinado para celdas de batería cilíndricas, también llamadas celdas redondas.Servirá como una plataforma versátil de investigación y producción para pruebas rápidas de nuevos formatos de celdas y diseños de pestañas, así como métodos avanzados para mejorar la calidad y optimizar los procesos.

El nuevo sistema de bobinado completa unalínea de montajecomo ningún otro en Europa para la fabricación de celdas de batería cilíndricas para baterías de iones de litio y tecnologías de baterías futuras, como las baterías de iones de sodio.La particularidad de la cadena de producción es que todos los pasos del proceso están digitalizados e interconectados, desde el recubrimiento y el bobinado hasta el montaje, el llenado y el conformado.

"En ZDB podemos cubrir todos los pasos del proceso implicados en la fabricación de una celda de batería. El proceso de bobinado es uno de los procesos centrales en la producción de celdas cilíndricas, ya que el rollo de gelatina es la pieza central de la celda de batería. Al acercar el sistema de bobinadoonline hemos cerrado una brecha en la cadena de procesos totalmente digitalizada, por lo que la línea de producción está completa", afirma Julian Grimm, jefe del equipo de investigación de Fraunhofer IPA y subdirector de ZDB.

Electrodos y separadores enrollados en rollos de gelatina.

Hay alrededor de una docena de pasos de trabajo necesarios para preparar una celda para su uso.Durante el proceso de bobinado, los electrodos positivo y negativo se enrollan junto con dos separadores para formar un rollo de gelatina.Después de eso, se ensambla la batería, un paso que requiere mover y colocar el rollo de gelatina con gran precisión.Luego se inserta un electrodo de varilla a través del orificio central del rodillo y se utiliza para soldar el rodillo a la base del cilindro.

Pero el nuevo sistema de bobinado para celdas de batería cilíndricas es más que una simple plataforma de producción de rollos de gelatina.También servirá como plataforma de investigación para desarrollar sistemas y formatos celulares innovadores y probar su calidad.

"Lo que hace que nuestro sistema sea único es su flexibilidad. Nos permite realizar diferentes formatos de celdas en diferentes tamaños y diseños de pestañas, como por ejemplo diseños sin mesa, que no tienen una pestaña soldada. La pestaña, un elemento terminal estrecho en elEl ánodo y el cátodo a través del cual debe fluir la electricidad es el punto de estrangulamiento en las células de gran formato", afirma Grimm.

En las celdas redondas, la tendencia es hacia formatos de celda más grandes, que ocupan más espacio tanto en diámetro como en altura.Esto significa que el rollo y la propia celda terminan siendo más grandes.Pero el problema es que cuanto más grandes son las celdas, más difícil es recoger la corriente y disipar el calor.

"Podemos responder a este desafío con diseños de pestañas individuales. En un diseño sin mesa, por ejemplo, la lámina portadora hecha de aluminio y cobre puede servir para recoger corriente y disipar el calor, lo que permite una mayor conducción de ambos que una pestaña tradicional", explica Grimm..

Los diseños de celdas innovadores garantizan la homogeneidad en las celdas cilíndricas, lo que permite formatos de celda grandes.Se pueden utilizar células más grandes con más material activo para lograr una mayor densidad de energía, lo que a su vez amplía la autonomía de los vehículos eléctricos.

Recopilación de datos asociados con celdas de batería.

Para minimizar los residuos y mejorar la calidad, todo el proceso de producción está digitalizado e interconectado.Para ello, los sensores recopilan datos que luego se agregan en tiempo real en la nube.Las tecnologías de trazabilidad desarrolladas en Fraunhofer IPA permiten asociar los datos recopilados con las celdas de batería producidas.

Todas y cada una de las celdas de batería producidas están disponibles para análisis de datos y para entrenar inteligencia artificial.De esta manera, es posible rastrear las condiciones bajo las cuales se produjo la célula y determinar cómo se relacionan con la calidad del producto final.

Los datos se utilizan para desarrollar servicios con capacidades de seguimiento, análisis y predicción.Esto permite mejorar el proceso de producción y eliminar fuentes de error más rápido que antes.

"Los diseños de celdas innovadores requieren rediseño y optimización de los procesos de producción, que podemos estudiar utilizando el sistema de bobinado. La combinación de un diseño de celdas innovador y enfoques ágiles de producción es la clave para satisfacer los requisitos de un panorama energético que cambia rápidamente, lo que permite lanzamientos al mercado más rápidos.de nuevas soluciones y allanando el camino hacia tecnologías de baterías sostenibles y de alta calidad", afirma Grimm.

Los fabricantes y usuarios de electrodos, separadores y celdas también pueden utilizar el sistema para probar sus prototipos, productos, componentes de celdas, materiales y diseños.