Tuottava litiumioniakkujen valmistuksessa
- Lisätiedot
- Hits: 967
Litium-ionin tulevaisuusAkun valmistus on kultainen. Siitä lähtien, kun tekniikka eteni laboratorioista tuotantolinjoille, se on jatkanut kehitystä ja on nyt maailmanlaajuisen kuljetusvallankumouksen avaintekijä. Kysynnän kasvaessa myös valmistajien paine kasvaa. Kuinka voit ajaa prosessejasi tehokkaasti? skaalata ja parantaa, muuttaa kohtaamat haasteet mahdollisuuksiksi? Mitsubishi Electric tarjoaa vastauksia.
Pitoisuus
- Kohdennettuja digitalisointistrategioita akkutuotannossa
- Mitsubishi Electric ja Novali kumppaneina suurtuotannossa
- Data-apuohjelma litiumioniakkujen tuotantoon
- Sähköautojen akkujen valmistus Euroopassa
Kohdennettuja digitalisointistrategioita akkutuotannossa
27.07.2024. heinäkuuta XNUMX | Vaatii litiumioniakkuja kalliita raaka-aineita ja käyvät läpi erityisen monimutkaisen valmistusprosessin ja erittäin korkeat romutusasteet. Jos valmistajat haluavat laajentaa toimintaansa ja auttaa sähköajoneuvoja ottamaan paikkansa liikenteen ytimessä, heidän on käytettävä kaikki käytettävissä olevat resurssit. Digitalisaatio on lähestymistapa, joka voi auttaa saavuttamaan tämän edun.
Ottamalla käyttöön digitaalisia teknologioita nykyaikaisessa valmistuksessa syntyvien valtavien tietomäärien kaappaamiseen ja käsittelyyn voidaan luoda oivalluksia, jotka tuovat konkreettisia etuja tuotantoprosessiin. Claus Petersen, johtaja Automotive & Lithium Battery Industries, Factory Automation EMEA, Mitsubishi Electric, tutkii tekijöitä, jotka saavat akkuvalmistajat edelleen reagoimaan varovaisesti, ja kuinka ne voidaan voittaa:
Vastaa kasvavaan kysyntään
Kuolla Kasvuennusteet Litiumioniakkusektorille seuraavan vuosikymmenen aikana vaikuttavat. Sähköajoneuvojen kasvava kysyntä on jo nyt kasvattanut globaalin markkina-arvon noin 40 miljardista dollarista vuonna 2018 yli 60 miljardiin dollariin vuonna 2022. Tämän suuntauksen odotetaan kiihtyvän entisestään. Asiantuntijat odottavat markkinoiden saavuttavan yli neljänneksen biljoonan Yhdysvaltain dollarin arvon vuosikymmenen loppuun mennessä [1].
Tämä valtava Laajeneminen tuo kuitenkin haasteita. Kilpailu kiristyy ja litiumioniakkujen valmistukseen käytettävät raaka-aineet, kuten litium, koboltti ja nikkeli, vähenevät ja kallistuvat kysynnän kasvaessa. Nämä materiaalit on ensin louhittava ja prosessoitava ennen kuin niitä voidaan käyttää akkujen valmistukseen. Kansainvälinen energiajärjestö IEA ennustaa, että sähköajoneuvojen tuotantoon tarvittavien mineraalien kokonaiskysyntä kasvaa 2040-kertaiseksi vuoteen 30 mennessä vuoteen 2020 verrattuna. [2]
Sähköajoneuvojen kasvavaan kysyntään vastaamiseksi tuotanto on tehtävä mahdollisimman tehokkaaksi. Tuotannon pullonkaula on tehokkaiden laadunvalvontatoimenpiteiden toteuttaminen ja korkeiden hylkäysmäärien vähentäminen.
Huolimatta korkealaatuisten materiaalien käytöstä, Romun hinnat erittäin korkea akkutuotannossa. Noin 10 % valmistetuista tuotteista ei täytä vähimmäisvaatimuksia ja ne luokitellaan jätteeksi. Joissakin tapauksissa tämä osuus voi nousta jopa 30 prosenttiin [3]. Nämä korkeat hylkäysasteet eivät ainoastaan aiheuta merkittäviä kustannuksia ja ovat keskeinen syy siihen, miksi akut muodostavat jopa 60 prosenttia sähköajoneuvon kokonaiskustannuksista [4], mutta niitä ei myöskään voida hyväksyä ekologisesta näkökulmasta.
On kuitenkin tärkeää korostaa, että nämä korkeat hylkäysluvut eivät johdu valmistajien huolimattomuudesta tai vastuuttomasta käytöksestä. Pikemminkin itse valmistusprosessi vaikeuttaa huomattavasti perinteisten laadunvalvontatoimenpiteiden toteuttamista.
Siksi litiumioniakkujen tuotanto on niin monimutkaista
Litiumioniakkujen valmistus alkaa niiden valmistuksesta metallibändejä, joita kutsutaan dioiksi. Nämä koostuvat Kupari anodille ja alumiini katodille. Nauhojen mitat vaihtelevat huomattavasti akkujen vaatimusten ja teknisten tietojen mukaan. Hihnat ovat pääsääntöisesti useita satoja metrejä ja suuremmilla tuotantopaikoilla usein yli kilometrin pituisia. Niiden leveys vaihtelee muutamasta sentistä yli metriin.
Jotta nämä nauhat voidaan muuttaa paristoiksi, ne on päällystetty a ohut kerros aktiivisen materiaalin lietteet. Katodipinnoite on yleensä valmistettu materiaaleista, kuten litiumkobolttioksidista, litiumrautafosfaatista tai muista litiummetallioksideista. Anodi on päällystetty grafiitti- tai piipohjaisilla materiaaleilla.
Lukuvinkki: Akun tuotanto | Faktat ja tekniikat
Kuolla Paksuus Pinnoitteet Sillä on ratkaiseva rooli litiumioniakkujen energiakapasiteetissa ja ioninsiirtotehokkuudessa käytetyistä materiaaleista riippumatta. Paksummat pinnoitteet mahdollistavat suuremman määrän aktiivista materiaalia varastoitavan, mikä lisää akun kokonaiskapasiteettia. Tähän etuun liittyy kuitenkin myös haittapuoli: liian paksut pinnoitteet voivat haitata ionien kulkeutumista elektrodien välillä, mikä vähentää akun lataus- ja purkunopeutta.
Das oikea tasapaino Pinnoitteen paksuuden välinen ero energian maksimaalisen varastoinnin ja tehokkaan ioninsiirron saavuttamiseksi on siksi olennaista. Tämä vaikuttaa suoraan akun suorituskykyyn, erityisesti sisään sähköautoja, jotka vaativat nopeaa energian vapautumista. Jos pinnoite on liian paksu tai liian ohut, suuret nauhan osat voivat olla käyttökelvottomia akun valmistukseen.
Optimaalinen pinnoitteen paksuus on yksilöllinen
Kuolla optimaalinen paksuus vaihtelee riippuen valmistajan erityisvaatimuksista, mutta katodipinnoitteet ovat tyypillisesti 100-200 μm, kun taas anodipinnoitteet ovat hieman ohuempia noin 70-120 μm. Tämä vastaa suunnilleen ihmisen hiuksen paksuutta [5].
Se on erittäin vaativa, yksi yhtenäinen pinnoite satojen neliömetrien alueella. Monet tekijät, kuten kalvon lämpötila ja tuotantoympäristön kosteus, voivat vaikuttaa lopputuotteen paksuuteen.
Tämän monimutkaisen ja jatkuvasti muuttuvan tiedon kerääminen on lähes mahdotonta perinteisissä tuotantolaitoksissa. Tässä tulee toteutus digitaaliset valmistustekniikat tulevat esiin, mikä voi auttaa yrityksiä saavuttamaan jatkuvasti korkeat laatustandardit ja optimoimaan tuotantoprosessejaan.
Raakadatasta tuloksiin
Nykyaikaiset tuotantolinjat on varustettu lukuisilla sensoreilla, jotka tuottavat valtavia määriä dataa. Analysoimalla näitä tietoja tehokkaasti voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotantoprosessissa.
Yksi esimerkki on se ennakoiva ylläpito. Tietotrendejä arvioimalla voidaan ennustaa esimerkiksi, milloin kone pitää huoltaa, esimerkiksi kun virrankulutus kasvaa tai tärinän amplitudi kasvaa. Näin operaattorit voivat tunnistaa mahdolliset ongelmat ajoissa ja ratkaista ne ennen kuin ne johtavat vakaviin häiriöihin. Tämä minimoi odottamattomat seisokit ja lisää tuotannon tehokkuutta.
Yritykset voivat käyttää vastaavia menetelmiä optimoidakseen litiumioniakkujen valmistuksen. Ennakoivan ylläpidon lisäksi voit määrittää myös mitkä tekijät Solun laatu vaikutus. Näitä parametreja säätelemällä voidaan parantaa valmistettujen litiumionikennojen laatua, mikä lisää toimivien akkujen arvoa ja vähentää materiaalihukkaa.
Kerroksen paksuuteen vaikuttaa neljä ratkaisevaa tekijää
Mitsubishi Electric on jo onnistuneesti integroinut tämän periaatteen litiumioniakkujen tuotantolinjoille. Tiimi keskittyi epätasaisen pinnoitteen paksuuden ongelmaan. Se keräsi tietoja 127 eri parametriamahdollisten yhteyksien tunnistamiseen. Tulokset olivat vaikuttavia ja osoittavat tämän tekniikan mahdollisuudet käytännössä.
Valmistajan omalla AI-tuella ratkaisulla Melsoft Mailab Ryhmä havaitsi, että neljä tekijää korreloi merkittävästi pinnoitteen paksuuden vaihteluiden kanssa: jännite, pinnoitteen paine, ylilämpötila ja etäisyys pinnoitteen aukosta.
Näiden oivallusten avulla tiimi kehitti a Diagnoosi sääntö tallentaaksesi kerroksen paksuuden. Tätä sääntöä käytettiin sitten teollisesti Automaatio, kuten jännitesäätimet, yhdistettynä jatkuvasti valvomaan ja säätämään parametreja. Näin varmistettiin, että mahdollisimman suuri osa nauhasta täytti laatustandardit.
Digitaalinen tulevaisuus litiumioniakkujen tuotannossa
Digitaalisen tuotantolinjan työkalujen, teknologioiden ja osaamisen esittely ei välttämättä ole monimutkainen prosessi. Se ei ole binäärinen, kaikki tai ei mitään -siirtymä, jonka on tapahduttava kerralla. Pikemminkin sen pitäisi Siirrä varovasti suunnitellaan ja toteutetaan. Onnistunut toteutus edellyttää muutakin kuin oikeiden laitteiden hankintaa. Se vaatii samanaikaista pohdintaa teknisestä ja toiminnallisesta näkökulmasta.
Teknisesti ottaen valmistajalla on oltava asianmukaiset työkalut ja tekniikka. Tämä tarkoittaa, että kaikki koneet ja anturit niillä on erinomaiset liitännät ja ne voidaan liittää tehokkaaseen datakeskukseen edistyneiden teollisten verkkoratkaisujen avulla. Sellaiset järjestelmät CC-Link IE TSN -verkko ja Melipc teollisuustietokoneet mahdollistavat korkean tarkkuuden tiedonkeruu, joka on välttämätöntä monimutkaisten ja vaihtelevien materiaalien, kuten litiumioniakkujen, käsittelyssä.
Löydä piilotetut oivallukset ja luo ne uudelleen virtuaalisesti
On erittäin tärkeää investoida kehittyneisiin visualisointi- ja korrelaatiotyökaluihin, kuten julkaisussa Mailab ja Iconics Genesis 64 Suite. Näiden työkalujen avulla asiantuntijat voivat löytää piilotettuja oivalluksia tiedoista samalla KI-tuetut algoritmit analysoivat suuria tietomääriä ja paljastavat korrelaatioita, jotka jäävät ihmisille näkymättömiksi.
Digitaalisen kanssa Twin työkalu Kuten Mitsubishi Electricin Melsoft Gemini, valmistajat voivat luoda virtuaalisen kopion prosessistaan ja testata erilaisia muutoksia. On tärkeää, että digitaalinen kaksos alkuvaiheessa digitaalinen muutos ei tehdä siitä liian monimutkaista. Ei ole mitään järkeä mallintaa koko tehdasta, jos olet kiinnostunut vain yhdestä koneesta.
Operatiivisella tasolla litiumioniakkujen tuotannon digitalisaatio alkaa kiinteän akun rakentamisesta toiminnallinen tukikohta, mikä mahdollistaa uuden teknologian täyden potentiaalin hyödyntämisen.
Kokonaisvaltaisen muutoksen sijaan valmistajien tulisi edetä asteittain ja Pilottihankkeet tietyillä liiketoiminta-alueillaan. Nämä projektit toimivat käytännön esittelynä ja antavat tiimille mahdollisuuden tutustua uusiin työkaluihin ja prosesseihin, ratkaista pieniä ongelmia ja esitellä digitalisaation konkreettisia etuja kontrolloidussa ympäristössä.
Pilottiprojektit, joilla on selkeät, mitattavissa olevat tavoitteet, tarjoavat strategisen mahdollisuuden saavuttaa nopeita voittoja, saada sidosryhmien sisäänostoa ja tasoittaa tietä laajemmalle toteutukselle. Tämä metodologinen lähestymistapa helpottaa sitä saumaton integraatio digitaalisia valmistustekniikoita, vähentää riskejä ja parantaa tuotantoprosessien tehokkuutta ja laatua. Vaiheittaisella lähestymistavalla ja onnistuneisiin pilottihankkeisiin perustuvalla skaalauksella valmistajat voivat varmistaa tehokkaamman siirtymisen digitaaliseen valmistukseen ja valmistautua optimaalisesti akkumarkkinoiden kasvaviin vaatimuksiin.
Litiumioniakut tarjoavat mahdollisuuksia
Toimialalla on edessään valtavia mahdollisuuksia ja haasteita. Kun otetaan huomioon kasvava kysyntä sähköautoja Tuotannon lisääminen edellyttää strategisen suunnittelun lisäksi myös teknologian ja datan käyttöä monimutkaisten suhteiden tehokkaaseen hallintaan.
Digitalisaatio tarjoaa tässä selkeän edun. Se mahdollistaa sen Reaaliaikainen seuranta ja analysointi, parantaa päätöksentekoa ja tuotteiden laatua samalla kun vähennetään jätettä. Siirtyminen digitalisoituun tuotantoon vaatii investointeja ja uudelleenarviointia, mutta lupaa konkreettisia hyötyjä. Litiumioniteknologian jatkokehityksen kannalta digitalisaatio ei ole vain vaihtoehto, vaan välttämättömyys kaikille, jotka haluavat olla johtavassa asemassa kestävässä energiamuutoksessa.
Vaikka termit, kuten "teollisuus 4.0", "älykäs valmistus" ja "esineiden internet" näyttävät usein ammattikieltä, todellisuus on yksinkertaisempi. Digitalisaation ytimessä on analogisten prosessien muuntamista digitaalisiksi ja teknisen osaamisen soveltamista parempien ja optimoitujen prosessien luomiseen. Sen ei tarvitse olla sen monimutkaisempaa.
Lähteet:
- [1] https://www.statista.com/statistics/1339880/global-battery-market-size-by-technology/
- [2] https://www.iea.org/reports/the-role-of-critical-minerals-in-clean-energy-transitions/mineral-requirements-for-clean-energy-transitions
- [3] https://www.batterypoweronline.com/news/the-cost-benefits-of-investing-in-solutions-to-reduce-battery-waste-and-scrappage-in-gigafactories/
- [4] https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2020
- [5] https://bionumbers.hms.harvard.edu/bionumber.aspx?id=106856&ver=2
Mitsubishi Electric ja Novali kumppaneina suurtuotannossa
18.07.2022 | Mitsubishi Electric Europe ja belgialainen start-up Novali ovat yhdistäneet voimansa edistääkseen akkukennojen laajamittaista tuotantoa Euroopassa. "Tämän strategisen kumppanuuden tavoitteena on vähentää Euroopan riippuvuutta ulkoisista akkulähteistä ja vahvistaa tuotantokapasiteettia EU:n kauppablokissa", sanoo Roald de Meyer, yksi Novalin perustajista.
Mitsubishi Electricin automaatioratkaisujen asiantuntemuksen ja Novalin ketterän dynamiikan avulla toteutetaan seuraavan sukupolven akkukennojen tuotannon skaalaus. Hanke ei ainoastaan tue eurooppalaista sähköistysaloitetta, vaan myös edistää kestävää valmistusta, jonka tavoitteena on: CO2-neutraalie akkutuotanto saavutetaan. Yhteistyöllä luodaan vahva paikallisten konevalmistajien verkosto, joka vahvistaa toimitusketjua ja varmistaa akkujen saatavuuden suurissa määrissä.
Novalin perustivat useat Gigan tehtaita rahoittaa ja toimittaa kaikkialla Euroopassa. Tuotannon odotetaan alkavan vuonna 2025. Tämän määräajan noudattamiseksi Novali on solminut teknologiakumppanuuden Mitsubishi Electric Europen kanssa.
"Mitsubishi Electricillä on vuosikymmenten kokemus automaatioteknologian toimittamisesta kaikille Aasian vakiintuneille kenno- ja laitevalmistajille. Tämän allianssin tavoitteena on käyttää tätä osaamista eurooppalaisten valmistajien paikallisen ekosysteemin rakentamiseen", Roald De Meyer sanoi.
Data-apuohjelma litiumioniakkujen tuotantoon
26.07.2023. heinäkuuta XNUMX | Kestävämpien sähköautoratkaisujen markkinat kasvavat edelleen. Li-ion-akkujen (LIB) kysyntä kasvaa nopeasti. Sääntö tässä on: aikainen lintu nappaa madon tai pikemminkin lastin. Kuka viipymättä laadullisesti suuria määriä laadukkaiden akkujen, jotka voidaan kierrättää, kestävästi ja kustannustehokkaasti, eturintamassa.
Selitetty "Lithium Ion Batteries" -videolähetyksessä Claus Petersen, johtaja - Automotive & Lithium Battery Industries, Factory Automation EMEA Mitsubishi Electric Europe BV kertoo, kuinka digitaaliteknologiat voivat auttaa LIB-teollisuutta luomaan kilpailuetua datan avulla.
Nämä ovat jännittäviä aikoja LIB-kennojen valmistajille, koska ne ovat nykyisyyden ja tulevaisuuden tuotteita. Siksi akkukennojen tuotanto vaatii optimointia ja toimitusketjun laajentamista.
Sähköinen liikkuvuus on yksi akkuteollisuuden suurista aiheista, koska hiilidioksidipäästöt liikenneala vaatii innovaatioita ja kestäviä ratkaisuja. Yritysten on ymmärrettävä asiakkaidensa tarpeet voidakseen toimittaa litiumioniakkukennoja optimaalisella kapasiteetilla, jännitteellä ja kestävyydellä yksilöllisiin tarpeisiin samalla kun minimoidaan hukka, energiankulutus ja resurssien käyttö.
Tietojen ohjaus optimoidun prosessin ohjaamiseen
Maaginen sana on: tietojen hallinta. Prosessinohjaus voidaan suunnitella tehokkaasti ja tulevaisuuden kannalta luotettavasti datan avulla. Laajan kokemuksensa autoteollisuuden laatuasiantuntijana Klaus Petersen tietää tarkalleen, kuinka prosessituntemus voi auttaa parantamaan lopputuotteita ja tuotannon tehokkuutta. Hyödyntämään näitä etuja optimaalisesti LIB-kennojen valmistajien on jatkuvasti seurattava tuotantoaan. Tämä on ainoa tapa tehdä johtopäätöksiä laadusta ja määrästä. Esimerkiksi tehottomuudet voitaisiin tunnistaa ja poistaa ja tuotantokustannuksia alentaa. Tuloksena olisi kilpailukykyiset LIB-solut.
Jaa teknologiatietoa sähköautojen akuista
Tämä keskittynyt prosessien ja tuotteiden katsaus kuvaa automaation tarvetta. Kanssa Automaatio parametreja voidaan säätää reaaliajassa ja laadukkaiden akkujen tuottavuutta voidaan parantaa. Lisäksi voidaan rakentaa täysin integroituja tuotantolinjoja, jotka voidaan myös yhdistää kumppaniyrityksiin tiedonvaihtoa varten. Arvokasta tietoa voitaisiin jakaa, jäljitettävyyttä tuetaan ja laatuvetoisia toimitusketjuja voitaisiin luoda rajallisella ympäristöjalanjäljellä.
Video näyttelijä Klaus Petersenin kanssa
Sähköautojen akkujen valmistus Euroopassa
12.05.2022. toukokuuta XNUMX | Litiumioniakkujen tuotanto Euroopassa ei ole toistaiseksi ollut mainitsemisen arvoista. Sähköliikkuvuuden seurauksena akkutehtaissa tarvitaan nyt käännettä. Michael Grondowski, Liiketoiminnan kehityspäällikkö – Keski-Eurooppa, Mitsubishi Electric Europe BV: ”Tuotantolaitosten vuosituotanto on noin n. 750 GWh. Se vastaa noin 12 miljoonaa autoa”.
Japanissa sijaitsevalla pääkonttorillaan konserni tukee jo Aasian teollisuutta. Hänellä on myös automaatioosaamista tuotantoon energian varastointi. Tästä lähtien myös koneet, laitosvalmistajat ja akkuvalmistajat Euroopassa voivat hyötyä erikoiskomponenteista ja teknologioista.
Servovahvistimet, jännitysohjaimet, käämitystekniikka ja IPC
Akkukennojen valmistus on tarkkuustyötä ja vaatii parasta ohjaustekniikkaa. Tätä tarkoitusta varten yhtiö tarjoaa uuden sarjan tehokkaat servovahvistimet Melservo MR-J5. Automaatioverkona käytetään CC-Link IE TSN:ää, joka toimii 1 Gbitin kaistanleveydellä. Se integroi aseman verkon, kenttäväylä, turvallisuus ja avoin TCP/IP-viestintä.
Bosch News: Huipputason puolijohdetehdas avattiin Dresdenissä
Kanssa jännityksen säätimet muita komponentteja ollaan ottamassa käyttöön. Tarkoilla ja vakailla ohjausprosesseilla kennotuotannon rullalta rullalle -sovelluksissa ne varmistavat anodi- ja katodimateriaalin täysin tasaisen levityksen alustalle. Koska kerroksen paksuuden tarkkuus vaikuttaa suoraan kennon suorituskykyyn. Erityiset käämitysteknologian komponentit magneettisten jauhejarrujen ja kytkimien muodossa, taajuusmuuttajat ja korkean tarkkuuden servotekniikka absoluuttisellaEncoder Tukee myös 26 bitin resoluutiota moottorin kierrosta kohti.
"Yhä korkealaatuisempien akkukennojen perusvaatimukset ovat tehokas verkko järjestelmänvalvontaan ja ratkaisut, kuten AI-paketti Melpic teollisuustietokone' sanoo herra Grondowski. "Tämä mahdollistaa laatutietojen arvioinnin reaaliajassa ennen kuin se vaikuttaa negatiivisesti tuotteeseen."