С другой стороны, для хранения энергии в жилых, коммерческих и коммунальных сетях необходимы крупные аккумуляторные батареи контейнерного размера, обеспечивающие стабильность энергосистем будущего.
 
Спрос и предложение на батареи:
Благодаря историческим инвестициям и планированию, Корея и Китай стали ведущими центрами производства батарей. Китай является крупнейшим в мире производителем литий-ионных батарей, на его долю приходится около 80% мирового производства. Консалтинговая фирма McKinsey & Company прогнозирует, что к 2025 году общая производственная мощность Китая достигнет примерно 1220 ГВт·ч.
 
Поскольку западные правительства начинают планировать переход от транспорта на основе ископаемого топлива к обязательному использованию электромобилей — для достижения экологических целей, установленных в Парижском соглашении, — необходимы локализованные мощности по производству батарей. Поэтому мощности Европы по производству литиевых батарей растут, поскольку местные производители и иностранные инвесторы готовятся удовлетворить спрос. Объявлены планы строительства новых заводов и расширения существующих предприятий, которые могут увеличить мощность производства литий-ионных батарей почти до 500 ГВт·ч к 2025 году и потенциально до почти 800 ГВт·ч к 2030 году.
 
Аккумуляторные батареи для автомобильного, электромобильного и общего рынков могут быть изготовлены из цилиндрических элементов стандартных размеров, таких как форм-фактор 18650 (диаметр 18 мм, длина 65 мм), или из плоских элементов стандартных или нестандартных размеров. Плоские элементы могут быть призматическими, обычно размещенными в квадратном сварном алюминиевом корпусе, или гибкими в виде пакетов. Хотя цилиндрические элементы обладают высокой прочностью и долговечностью, плоские элементы позволяют более эффективно использовать пространство внутри аккумуляторного блока. Элементы в виде пакетов, не имеющие металлического корпуса, являются наиболее компактными и легкими, хотя обычно требуют дополнительной механической поддержки внутри аккумуляторного блока.
 
Производство безопасных и доступных батарей:
При производстве батарей любого типа процесс начинается с подготовки и нанесения активных и проводящих покрытий на электродные листы и их ламинирования. Точность и повторяемость имеют решающее значение для обеспечения стабильности таких характеристик, как состав и толщина покрытия. Точная настройка параметров ячеек внутри батареи помогает гарантировать безопасность и долговечность.
 
Скорость и эффективность также критически важны, особенно при работе на рынках, чувствительных к цене, таких как автомобильная промышленность. Опасения по поводу запаса хода и доступность являются двумя ключевыми проблемами, влияющими на широкое распространение электромобилей. Батарея вносит существенный вклад в каждую из них. Увеличение емкости батареи означает больший запас хода, но также и более высокую стоимость автомобиля. Ожидается, что к 2025 году стоимость сравняется со стоимостью автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания, а продажи новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, по прогнозам, прекратятся на основных западных рынках и в Китае примерно с 2030 года. Производители должны снизить стоимость батарей для электромобилей. Хотя экономия за счет масштаба, безусловно, поможет, максимизация производительности производства также необходима для обеспечения широкого распространения автомобилей после вывода из эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.
 
Автоматизация является ключом к достижению скорости и повторяемости, необходимых для обеспечения надежности и экономической эффективности. Специально разработанное автоматизированное оборудование часто используется для таких процессов, как подготовка и нанесение покрытия на электродные фольги, прокатка фольги, нарезка ее на полосы и сварка электродов.
 
Для изготовления цилиндрической ячейки полосы фольги наматываются, образуя сердцевину ячейки, состоящую из анода, сепаратора и катода, которая затем вставляется в цилиндрический корпус. Корпус имеет канавки для фиксации сердцевины, заполняется электролитом, герметизируется, и к нему прикрепляются внешние контакты. Плоские ячейки изготавливаются по аналогичной последовательности, которая включает в себя укладку слоев электродов, сварку призматического корпуса, а также формирование и герметизацию пакета с использованием процессов термосварки и вакуумной герметизации. Ячейки и аккумуляторные батареи проходят электрические испытания и автоматизированный рентгеновский контроль для обеспечения их производительности и целостности.
 
Гибкая автоматизация:
внедрение роботов в производственный процесс обеспечивает такие преимущества, как быстрое время цикла и точная, повторяемая работа. Кроме того, интеграция системы ускоряется за счет использования коммерчески доступных программируемых роботов. Другие преимущества включают в себя легкую масштабируемость, гибкость в адаптации планировки завода и процессов сборки по мере развития рыночных требований и потребностей клиентов.
Компания Yamaha поставляет своих роботов производителям аккумуляторов по всему Китаю и Корее, центру крупнейших и наиболее успешных сегодня отраслей по производству аккумуляторов. Роботы выполняют отдельные процессы в производственной последовательности. Фактически, в настоящее время в Китае в производстве аккумуляторов используется более 3000 роботов SCARA. Они широко применяются для загрузки и разгрузки материалов, компонентов и частично готовых узлов по мере перемещения аккумуляторов от одного автоматизированного производственного процесса к другому.
 
Точность и высокая скорость, конечно же, являются необходимыми условиями для этих последовательностей загрузки и разгрузки. Также важны повторяемость и надежность; высокие требования рынка означают, что производство часто работает 24 часа в сутки, семь дней в неделю. Ведущие производители аккумуляторов выбрали роботы Yamaha YKXG SCARA для этих задач (рис. 1). Их высокопроизводительный безременный приводной механизм с двигателями вертикальной оси и шариковыми винтами прямого привода обеспечивает непрерывную работу в течение длительных периодов времени с неизменной точностью. Также исключаются потери движения, а также деградация и риск поломки, связанные с традиционными альтернативами с ременным приводом. Не требующий технического обслуживания бесременный привод также снижает эксплуатационные расходы.

Рисунок 1. Роботы Yamaha YKXG SCARA отличаются безременным приводом и высокой грузоподъемностью.
 
Широкое распространение электромобилей привело к значительному росту рыночного спроса на увеличение запаса хода. В свою очередь, автопроизводители все чаще заказывают аккумуляторные батареи большей емкости. Серия YKXG обладает всеми необходимыми качествами для удовлетворения этой тенденции, обеспечивая максимальную грузоподъемность до 20 кг для работы с большими батареями и частично собранными аккумуляторными блоками. Специальная конструкция R-оси Yamaha обеспечивает высокий момент инерции, позволяя роботу работать с большими массами, максимизировать ускорение и замедление, а также поддерживать стабильность, что в конечном итоге гарантирует быстрое время цикла.
 
Декартовы роботы также широко используются в процессах герметизации при сборке квадратных аккумуляторных элементов. Долговечность и надежность чрезвычайно важны для поддержания производительности. Декартовы роботы Yamaha (Рисунок 2) используют резольверы для определения положения, которые не содержат электронных компонентов или оптических элементов и, следовательно, не подвержены воздействию заводской смазки или пыли. Это обеспечивает исключительную надежность и стабильную точность. Кроме того, направляющие на рельсах декартовых роботов имеют двухточечную конструкцию, которая минимизирует трение и предотвращает колебания выравнивания даже при работе с большими моментными нагрузками.
 
 Рисунок 2. Декартовы роботы обеспечивают точность и повторяемость, сочетая механическую прочность с надежным управлением.
 
Хотя одноосевые роботы часто используются на заводах всех типов, для задач, требующих высокоскоростной транспортировки изделий, линейные транспортные модули LCMR200 от Yamaha обеспечивают высокоскоростную, точную и гибкую локальную транспортировку между процессами и внутри сборочных ячеек (Рисунок 3). На заводах по производству аккумуляторов их часто выбирают для транспортировки готовых узлов на рентгеновский контроль. Поскольку модули LCMR200 могут быть точно соединены и скоординированы, установка по одному с каждой стороны защитной заслонки на входе в рентгеновский аппарат обеспечивает транспортировку узлов к процессу контроля и гарантирует безопасность находящихся рядом операторов.
 
 

 
Рисунок 3. Транспортные модули LCMR200 обеспечивают гибкую транспортировку деталей.
 
 
В целом, более 80% производственных процессов для современных высокопроизводительных литиевых батарей автоматизированы с использованием сочетания традиционной заводской автоматизации и гибких программируемых роботов, работающих вместе для максимизации качества и производительности.
 
Компания Yamaha, обладающая обширным опытом работы в Азии, включая сотрудничество с ведущими производителями батарей и системными интеграторами, теперь применяет свои знания для расширения производства батарей следующего поколения в Европе.
 
Вывод:
Выбор роботов для автоматизации определенных аспектов сборки батарей позволяет производителям создавать батареи в соответствии с самыми высокими требованиями и в рамках очень жестких ограничений по стоимости. Поддержка высокоскоростной и высококачественной сборки также обеспечивает гибкость и масштабируемость. Роботы с уникальными функциями, повышающими точность и долговечность, и доказавшие свою эффективность в ведущих регионах производства батарей, могут помочь обеспечить обильное предложение доступных батарей для удовлетворения растущего спроса со стороны различных рынков по всему миру.

Статья предоставлена ​​отделом по технической поддержке компании Yamaha Robotics.