D'altro canto, per l'accumulo di energia in applicazioni residenziali, commerciali e di pubblica utilità, sono necessari pacchi batteria di grandi dimensioni, delle dimensioni di un container, per garantire la stabilità delle reti di energia verde del futuro.
 
Offerta e domanda di batterie:
grazie a investimenti e pianificazione storici, Corea e Cina sono diventate le principali destinazioni per la produzione di batterie. La Cina è il più grande produttore mondiale di batterie agli ioni di litio, responsabile di circa l'80% della produzione globale. La società di consulenza McKinsey & Company prevede che la capacità produttiva totale della Cina raggiungerà circa 1.220 GWh entro il 2025.
 
Mentre i governi occidentali iniziano a pianificare la transizione dalla mobilità basata sui combustibili fossili ai veicoli elettrici – per raggiungere gli obiettivi ambientali stabiliti dall'Accordo di Parigi – è necessaria una capacità produttiva locale di batterie. Pertanto, la capacità europea di produrre batterie al litio è in aumento, poiché i produttori locali e gli investitori stranieri si preparano a soddisfare la domanda. Sono stati annunciati piani per nuove fabbriche e ampliamenti di impianti esistenti che potrebbero aumentare la capacità produttiva di batterie agli ioni di litio fino a quasi 500 GWh entro il 2025 e potenzialmente raggiungere quasi 800 GWh entro il 2030.
 
I pacchi batteria per i mercati automobilistico, della mobilità elettrica e per uso generale possono essere realizzati con celle cilindriche in formati standard del settore, come il formato 18650 (18 mm di diametro, 65 mm di lunghezza), oppure con celle piatte in formati standard o personalizzati. Le celle piatte possono essere prismatiche, tipicamente alloggiate in un involucro quadrato di alluminio saldato, oppure flessibili a sacchetto. Mentre le celle cilindriche beneficiano di elevata resistenza e durata, le celle piatte possono sfruttare meglio lo spazio all'interno del pacco batteria. Le celle a sacchetto, che non hanno un involucro metallico, sono le più efficienti in termini di spazio e leggere, sebbene in genere richiedano un supporto meccanico aggiuntivo all'interno del pacco batteria.
 
Produzione di batterie sicure ed economiche:
nella costruzione di batterie di entrambi i tipi, la produzione inizia con la preparazione e l'applicazione di rivestimenti attivi e conduttivi sui fogli degli elettrodi e la loro laminazione. Precisione e ripetibilità sono cruciali per garantire la coerenza di caratteristiche quali la composizione e lo spessore del rivestimento. La messa a punto dei parametri delle celle all'interno della batteria contribuisce a garantirne la sicurezza e la durata.
 
Velocità ed efficienza sono altrettanto fondamentali, soprattutto quando si opera in mercati sensibili al prezzo come quello automobilistico. L'ansia da autonomia e l'accessibilità economica sono due fattori chiave che influenzano la diffusione dei veicoli elettrici. La batteria contribuisce in modo sostanziale a entrambi questi aspetti. Aumentare la capacità della batteria si traduce in una maggiore autonomia, ma anche in un costo del veicolo più elevato. Si prevede che il costo sarà paragonabile a quello dei veicoli convenzionali con motore a combustione intorno al 2025, e si prevede che le vendite di nuovi veicoli con motore a combustione cesseranno nei principali mercati occidentali e in Cina a partire dal 2030 circa. I produttori devono ridurre il costo delle batterie per veicoli elettrici. Sebbene le economie di scala siano certamente d'aiuto, massimizzare la produttività manifatturiera è essenziale per garantire un'ampia diffusione delle automobili dopo l'abbandono del motore a combustione.
 
L'automazione è fondamentale per raggiungere la velocità e la ripetibilità necessarie a garantire affidabilità ed economicità. Per processi come la preparazione e il rivestimento delle lamine degli elettrodi, l'arrotolamento delle lamine, il taglio in strisce e la saldatura degli elettrodi, si utilizzano spesso apparecchiature automatizzate personalizzate.
 
Per costruire una cella cilindrica, le strisce di lamina vengono avvolte per formare il nucleo della cella, composto da anodo, separatore e catodo, che viene poi inserito nell'alloggiamento cilindrico. L'alloggiamento viene scanalato per tenere fermo il nucleo, riempito con l'elettrolita, sigillato e vengono collegati i contatti esterni. Le celle piatte vengono prodotte seguendo una sequenza simile, che include la sovrapposizione degli strati di elettrodi, la saldatura dell'involucro prismatico e la formatura e sigillatura della busta mediante processi di termosaldatura e sottovuoto. Le celle e i pacchi batteria vengono sottoposti a test elettrici e a ispezione automatizzata a raggi X per garantirne le prestazioni e l'integrità.
 
Automazione flessibile:
l'introduzione di robot nella sequenza di produzione offre vantaggi quali tempi di ciclo rapidi e un funzionamento preciso e ripetibile. Inoltre, l'integrazione del sistema viene accelerata con l'utilizzo di robot programmabili disponibili in commercio. Altri vantaggi includono una facile scalabilità, con la flessibilità di adattare il layout di fabbrica e i processi di assemblaggio in base all'evoluzione delle richieste del mercato e dei requisiti dei clienti.
Yamaha ha fornito i suoi robot ai produttori di batterie in tutta la Cina e la Corea, il centro delle più grandi e fiorenti industrie di produzione di batterie odierne. I robot eseguono processi specifici nella sequenza di produzione. Attualmente, in Cina, sono impiegati oltre 3.000 robot SCARA nella produzione di batterie. Vengono ampiamente utilizzati per caricare e scaricare materiali, componenti e assemblaggi parzialmente finiti, mentre le batterie passano da un processo di produzione automatizzato all'altro.
 
Precisione e alta velocità sono, ovviamente, prerequisiti fondamentali per queste sequenze di carico e scarico. Lo sono anche la ripetibilità e l'affidabilità; le elevate esigenze del mercato implicano che la produzione spesso funzioni 24 ore su 24, sette giorni su sette. I principali marchi di batterie hanno scelto i robot SCARA YKXG di Yamaha per queste applicazioni (Figura 1). Il loro meccanismo di azionamento senza cinghia ad alte prestazioni, con motori ad asse verticale e viti a ricircolo di sfere a trasmissione diretta, consente un funzionamento continuo per periodi prolungati con precisione costante. Vengono inoltre eliminate le perdite di movimento, nonché il degrado e il rischio di rottura associati alle alternative convenzionali con trasmissione a cinghia. La trasmissione senza cinghia, che non richiede manutenzione, riduce anche i costi operativi.

Figura 1. I robot SCARA YKXG di Yamaha si caratterizzano per la trasmissione senza cinghia e l'elevata capacità di carico.
 
La diffusione dei veicoli elettrici ha generato una forte domanda di mercato per una maggiore autonomia. Di conseguenza, le case automobilistiche stanno richiedendo pacchi batteria di maggiore capacità. La serie YKXG possiede le caratteristiche necessarie per soddisfare questa tendenza, con una capacità di carico massima fino a 20 kg per la movimentazione di batterie di grandi dimensioni e pacchi batteria parzialmente assemblati. Lo speciale design dell'asse R di Yamaha consente un elevato momento d'inerzia, permettendo al robot di movimentare grandi masse, massimizzare accelerazione e decelerazione e mantenere la stabilità, garantendo in definitiva un tempo di ciclo rapido.
 
I robot cartesiani sono ampiamente utilizzati anche per i processi di sigillatura nell'assemblaggio di celle di batterie quadrate. Durata e affidabilità sono estremamente importanti per mantenere la produttività. I ​​robot cartesiani di Yamaha (Figura 2) incorporano resolver per il rilevamento della posizione che non contengono componenti elettronici o elementi ottici e non risentono quindi di grasso o polvere di fabbrica. Ciò si traduce in un'affidabilità eccezionale e una precisione costante. Inoltre, le guide di contatto sulle rotaie del robot cartesiano beneficiano di un design a due punti che minimizza l'attrito e previene le fluttuazioni di allineamento, anche in presenza di carichi con momento elevato.
 
 Figura 2. I robot cartesiani offrono precisione e ripetibilità combinando robustezza meccanica e controlli affidabili.
 
Mentre i robot a singolo asse sono frequentemente utilizzati in fabbriche di ogni tipo, per le applicazioni che richiedono il trasporto rapido di componenti, i moduli di trasporto lineare LCMR200 di Yamaha offrono un trasporto locale rapido, preciso e flessibile tra i processi e all'interno delle celle di assemblaggio (Figura 3). Nelle fabbriche di batterie, vengono spesso scelti per trasportare gli assemblaggi finiti all'ispezione a raggi X. Poiché i moduli LCMR200 possono essere collegati e coordinati con precisione, l'installazione di un modulo su ciascun lato della serranda di protezione all'ingresso della macchina a raggi X consente di trasportare gli assemblaggi al processo di ispezione garantendo al contempo la sicurezza degli operatori nelle vicinanze.
 
 

 
Figura 3. I moduli di trasporto LCMR200 offrono un trasporto flessibile dei componenti.
 
 
Complessivamente, oltre l'80% dei processi produttivi delle attuali batterie al litio ad alte prestazioni è automatizzato, grazie a una combinazione di automazione industriale tradizionale e robot flessibili e programmabili che lavorano insieme per massimizzare qualità e produttività.
 
Yamaha, forte della sua vasta esperienza in Asia, inclusa la collaborazione con i principali produttori di batterie e integratori di sistemi, sta ora applicando le proprie competenze per contribuire all'espansione della produzione di batterie di nuova generazione in Europa.
 
Conclusione:
la scelta di robot per automatizzare determinati aspetti dell'assemblaggio delle batterie consente ai produttori di realizzare batterie conformi alle specifiche più rigorose e con vincoli di costo molto stringenti. Il supporto offerto da questi robot per un assemblaggio rapido e di alta qualità si traduce anche in flessibilità e scalabilità. Robot con caratteristiche uniche per migliorare la precisione e la durata, e collaudati nelle principali regioni produttrici di batterie, possono contribuire a garantire un'ampia disponibilità di batterie a prezzi accessibili per soddisfare la crescente domanda di diversi mercati in tutto il mondo.

Articolo fornito dalla sezione FA di Yamaha Robotics