Jak produkowane są pakiety baterii do pojazdów elektrycznych?

W przypadku w pełni elektrycznych pojazdów, pakiet baterii jest krytycznym i jednoczesnie jednym z najbardziej skomplikowanych w montażu elementem.

Łukasz Jaeszke

2023-07-20

Ilustracja przedstawiająca system akwizycji danych (DAQ) 779640-01 firmy National Instruments

Ilustracja 3: System akwizycji danych (DAQ) 779640-01 posiada osiem izolowanych wejść cyfrowych (prawa strona) i osiem izolowanych wyjść z przekaźnikami półprzewodnikowymi (SSR) (lewa strona). (Źródło ilustracji: DigiKey)

Testowanie baterii i akwizycja danych

Inżynierowie produkcji projektujący systemy testowania baterii mogą sięgnąć po system akwizycji danych (DAQ) 779640-01 firmy National Instruments. Ten system akwizycji danych (DAQ) USB 2.0 pełnej prędkości posiada osiem kanałów o napięciu ±60V= dla izolowanych wejść cyfrowych, osiem kanałów 60V= o napięciu skutecznym VRMS=30V dla izolowanych wyjść z przekaźnikiem półprzewodnikowym (SSR) oraz licznik 32-bitowy (ilustracja 3). Osiem izolowanych wejść jest wyposażonych w sprzęgacz optyczny, diodę Schottky’ego oraz obwód ograniczający prąd bazujący na tranzystorze MOSFET. Urządzenie 779640-01 posiada także funkcję filtrowania cyfrowego, wykrywanie zmian, wyjścia z programowanym włączaniem zasilania oraz czasowy układ nadzorujący.

System akwizycji danych (DAQ) 779640-01 potrafi monitorować zmiany, w tym narastające i opadające zbocza na wszystkich liniach wejściowych jednocześnie. Wykrycie zmiany powoduje wygenerowanie przerwania. Przerwanie nie wskazuje linii wejściowej, na której nastąpiła zmiana. Do odczytu linii i określania źródła powiadomienia o zmianie można wykorzystać oprogramowanie. Skutki szumów i zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) można zminimalizować dzięki funkcji filtrowania cyfrowego.

Filtr cyfrowy działa na wejściach sprzęgacza optycznego. Sprzęgacze optyczne wyłączają się wolniej niż się włączają, przepuszczając zbocza opadające wolniej niż zbocza narastające. W eliminacji zmian spowodowanych szumami lub zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) może pomóc właśnie filtr cyfrowy. Projektanci mogą konfigurować kanały filtra, stosując zaprogramowane interwały filtracji. Impulsy krótsze niż połowa zaprogramowanego interwału filtracji są blokowane. Impulsy dłuższe do interwału filtracji są przepuszczane. Impulsy pośrednie mogą przejść przez filtr, ale nie muszą.

Ilustracja przedstawiająca kobota RT6-1001321 firmy Omron Automation

Ilustracja 4: Koboty takie jak RT6-1001321 łatwo przystosowuje się do nowych czynności i potrafią one szybko wykonywać powtarzalne zadania z dużą precyzją. (Źródło ilustracji: Omron Automation)

Pomoc w przypadku dużych obciążeń i powtarzających się zadań

Gdy ogniwa bateryjne przejdą już testy, do przyspieszenia procesu montażu modułów bateryjnych i pakietów baterii można użyć kobota. Montaż obejmuje wiele procesów do których z łatwością można przystosować takie koboty, jak RT6-1001321 firmy Omron Automation (ilustracja 4). Kobot RT6-1001321 posiada zintegrowany adapter Fieldbus ułatwiający integrację z zakładowymi systemami automatyki. Koboty działają z dużą precyzją i mogą pomóc w przykręcaniu, klejeniu, nakładaniu smarów termicznych, wykonywaniu połączeń i wielu innych czynnościach potrzebnych do zmontowania pakietów baterii przeznaczonych do pojazdów elektrycznych. Przykładowe funkcje, dzięki którym koboty sprawdzają się w montażu pakietów baterii do pojazdów elektrycznych:

Graficzne środowiska programistyczne przyspieszające szkolenie kobotów.
Zintegrowane systemy wizyjne pomagające w kontroli i pomiarach wyników oraz w działaniach montażowych.
Modułowe efektory końcowe, które można szybko wymieniać umożliwiają wykonywanie szeregu procesów montażowych przez jednego kobota.
Koboty mogą współdziałać z robotami logistycznymi i innymi robotami mobilnymi, tworząc kompletne gniazda do produkcji pakietów baterii.

Kluczowymi atrybutami kobotów są elastyczność i możliwość szybkiego nauczenia ich nowych czynności, która pozwala uniknąć wydłużonych przestojów i okresów nieefektywnej produkcji. Kobota można nauczyć nowej czynności w ciągu kilku minut za pomocą graficznego interfejsu użytkownika lub po prostu przemieszczając jego ramię z jednego położenia do innego. Koboty doskonale radzą sobie z powtarzającymi się zadaniami typowymi dla pakietów baterii do pojazdów elektrycznych i potrafią precyzyjnie realizować transport bliski dużych obciążeń. Ponadto koboty mogą być wyposażone w widzenie maszynowe i sztuczną inteligencję (AI), aby móc odbierać potrzebne części przy zachowaniu ich odpowiedniej orientacji, instalować je w pakiecie baterii i sprawdzać wyniki.

Ilustracja przedstawiająca kamerę inteligentną VE205G1A firmy Banner Engineering

Ilustracja 5: Kamery inteligentne, takie jak VE205G1A, posiadają wszystkie funkcje niezbędne do szybkiej kontroli wizualnej zespołów pakietów baterii do pojazdów elektrycznych. (Źródło ilustracji: Banner Engineering)

Weryfikowanie wyników

Zautomatyzowaną weryfikację wizualną potwierdzającą, czy pakiet baterii został prawidłowo zmontowany, można przeprowadzić z wykorzystaniem kamery inteligentnej VE205G1A firmy Banner Engineering (ilustracja 5). Do wykonywania zaawansowanych funkcji kontroli wizualnej służy zintegrowane oprogramowanie. Do kamery inteligentnej VE205G1A dołączone jest oprogramowanie Vision Manager firmy Banner oferujące kilka narzędzi, np. do wykrywania, pomiaru pozycjonowania i obiektów oraz analizy przepływu i odczytu kodów kreskowych, które przyspieszają opracowywanie rozwiązań wizyjnych. Edycja w środowisku uruchomieniowym pozwala wprowadzać w czasie rzeczywistym zmiany do procedur kontroli, co zmniejsza przestoje i przyspiesza wyniki. Przykładowe możliwości kamery inteligentnej VE205G1A:

Łączność Ethernet/IP, Modbus/TCP, PROFINET i RS-232 ułatwiająca integrację z fabrycznymi systemami automatyki
Sześć optycznie izolowanych wejść-wyjść (I/O) i złącze oświetlenia zewnętrznego
Dwuwierszowy, ośmioznakowy wyświetlacz prezentujący status kamery i umożliwiający szybkie przejście do nowych czynności.
Opcjonalne uszczelnione osłony obiektywów zapewniają stopień ochrony IP67 do pracy w surowych środowiskach przemysłowych.
Przykłady typowych zastosowań:
Stwierdzanie obecności lub braku części, w tym zliczanie elementów i weryfikowanie etykiet.
Sprawdzanie orientacji części oraz wysyłanie lokalizacji i orientacji części do robota lub kobota montażowego.
Wykrywanie wad, w tym identyfikacja lokalizacji i rozmiaru wad elementu.
Pomiar krytycznych wymiarów elementu lub względnych lokalizacji elementów w zespole.

Podsumowanie

Pakiety baterii do pojazdów elektrycznych są złożonymi podsystemami o znaczeniu krytycznym. Parametry działania, niezawodność i koszt pojazdów elektrycznych są silnie skorelowane z możliwością sprawnego i szybkiego montażu pakietu baterii. Proces montażu rozpoczyna się od sprawdzenia, czy ogniwa bateryjne posiadają wymagane parametry techniczne, po czym przeprowadzany jest automatyczny montaż precyzyjny przy użyciu robotów i kobotów. Proces kończy ostateczna kontrola wizualna przy użyciu zautomatyzowanych kamer inteligentnych.