기존 저장 시스템의 추가 개발과 발전은 에너지 전환을 위한 핵심 전제조건입니다.프라운호퍼 제조 엔지니어링 및 자동화 연구소 IPA의 디지털 배터리 셀 제조 센터(ZDB)와 acp 시스템 AG는 유연한 형식과 디자인을 갖춘 원통형 배터리 셀용 와인딩 시스템을 시운전하기 위해 힘을 합쳤습니다.

이는 다음과 같은 역할을 합니다.혁신적인 연구탭 디자인과 함께 새로운 셀 형식과 구성 요소를 테스트하고 미래 배터리 기술을 위한 대형 셀 개발도 가능하게 하는 생산 플랫폼입니다.와인딩 시스템은 세계 최초입니다.자동화되고 디지털화된 배터리 셀 생산 인프라에 내장되어 있습니다.

전기 자동차 배터리는 여러 개의 모듈로 구성되며 각 모듈은 많은 개별 배터리 셀로 구성됩니다.이러한 모듈은 모든 배터리의 중심이며 가치 창출의 가장 큰 부분을 담당합니다.원통형 배터리 셀은 대형 셀 형식을 선호하는 추세와 함께 최근 몇 년 동안 자동차 산업에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다.

Fraunhofer IPA의 ZDB와 acp Systems AG는 긴밀하게 협력하여 원형 셀이라고도 알려진 원통형 배터리 셀용 와인딩 시스템을 개발, 구성 및 시운전했습니다.이는 새로운 셀 형식과 탭 디자인을 신속하게 테스트하고 품질을 향상하고 프로세스를 최적화하는 고급 방법을 위한 다목적 연구 및 생산 플랫폼 역할을 할 것입니다.

새로운 와인딩 시스템으로생산 라인리튬이온 배터리용 원통형 배터리 셀 제조와 나트륨이온 배터리 등 미래 배터리 기술 분야에서는 유럽 어느 곳과도 비교할 수 없습니다.생산 체인의 특징은 코팅, 와인딩부터 조립, 충진, 성형에 이르기까지 모든 공정 단계가 디지털화되고 상호 연결된다는 것입니다.

"ZDB에서는 배터리 셀 제조에 관련된 모든 공정 단계를 다룰 수 있습니다. 젤리 롤이 배터리 셀의 중심이기 때문에 와인딩 공정은 원통형 셀 생산의 핵심 공정 중 하나입니다. 와인딩 시스템을 도입함으로써온라인에서는 완전히 디지털화된 프로세스 체인의 격차를 줄여 생산 라인이 완성되었습니다."라고 Fraunhofer IPA 연구팀장이자 ZDB 부국장인 Julian Grimm은 말합니다.

전극과 분리막을 젤리 롤 형태로 말아올림

셀을 사용할 준비를 갖추려면 약 12가지 작업 단계가 필요합니다.와인딩 과정에서 양극과 음극이 두 개의 분리막과 함께 말려 젤리 롤을 형성합니다.그 후, 배터리가 조립되는데, 이 단계에서는 젤리 롤을 매우 정확하게 이동하고 배치해야 합니다.그런 다음 막대 전극을 롤의 중앙 구멍을 통해 삽입하고 롤을 실린더 바닥에 용접하는 데 사용합니다.

그러나 원통형 배터리 셀을 위한 새로운 와인딩 시스템은 단순한 젤리 롤 생산 플랫폼 그 이상입니다.또한 혁신적인 세포 시스템과 형식을 개발하고 품질을 테스트하기 위한 연구 플랫폼 역할도 할 것입니다.

"우리 시스템을 독특하게 만드는 것은 유연성입니다. 이를 통해 용접된 탭이 없는 테이블 디자인과 같이 다양한 크기와 탭 디자인으로 다양한 셀 형식을 실현할 수 있습니다. 탭은 테이블의 좁은 터미널 요소입니다.전기가 흘러야 하는 양극과 음극은 대형 셀의 관문입니다."라고 Grimm은 말합니다.

원형 셀에서는 직경과 높이 측면에서 더 많은 공간을 차지하는 더 큰 셀 형식을 지향하는 경향이 있습니다.이는 롤과 셀 자체가 더 커지게 된다는 것을 의미합니다.하지만 문제는 셀이 클수록 전류를 모으고 열을 방출하는 것이 더 어렵다는 것입니다.

"우리는 개별 탭 설계로 이러한 문제에 대응할 수 있습니다. 예를 들어 테이블 설계에서 알루미늄과 구리로 만든 캐리어 호일은 전류를 수집하고 열을 발산하는 역할을 할 수 있어 기존 탭보다 두 가지 모두 더 큰 전도를 가능하게 합니다."라고 Grimm은 설명합니다..

혁신적인 셀 디자인은 원통형 셀의 균질성을 보장하여 대형 셀 형식을 허용합니다.더 많은 활성 물질을 포함하는 더 큰 셀을 사용하면 더 큰 에너지 밀도를 달성할 수 있으며, 이는 결과적으로 전기 자동차의 주행 거리를 확장합니다.

배터리 셀과 관련된 데이터 수집

낭비를 최소화하고 품질을 향상시키기 위해 전체 생산 프로세스가 디지털화되고 상호 연결됩니다.이를 위해 센서는 데이터를 수집한 다음 클라우드에서 실시간으로 집계합니다.Fraunhofer IPA에서 개발된 추적 기술을 사용하면 수집된 데이터를 생산된 배터리 셀과 연결할 수 있습니다.

생산된 모든 개별 배터리 셀은 데이터 분석과 인공지능 훈련에 사용할 수 있습니다.이러한 방식으로 셀이 생산된 조건을 추적하고 최종 제품 품질과 어떤 관련이 있는지 확인할 수 있습니다.

데이터는 모니터링, 분석, 예측 기능을 갖춘 서비스를 개발하는 데 사용됩니다.이를 통해 이전보다 더 빠르게 생산 프로세스를 개선하고 오류 원인을 제거할 수 있습니다.

"혁신적인 셀 설계에는 생산 공정의 재설계와 최적화가 필요하며, 이는 와인딩 시스템을 사용하여 연구할 수 있습니다. 혁신적인 셀 설계와 생산에 대한 민첩한 접근 방식의 결합은 빠르게 변화하는 에너지 환경의 요구 사항을 충족하여 더 빠른 시장 출시를 가능하게 하는 핵심입니다.새로운 솔루션을 개발하고 지속 가능한 고품질 배터리 기술을 위한 길을 닦고 있습니다."라고 Grimm은 말합니다.

전극, 분리막 및 전지 제조업체와 사용자는 시스템을 사용하여 프로토타입, 제품, 전지 구성 요소, 재료 및 디자인을 테스트할 수도 있습니다.