Phát triển phương pháp tiếp cận dựa trên dữ liệu để sản xuất pin bền vững, số hóa
của Joerg-Dieter Walz, Fraunhofer-Gesellschaft
Cuộn thạch và pin hình trụ được sản xuất tại Fraunhofer IPA (pin tròn 21700 trong thiết kế liên tục không có bảng). Tín dụng: Fraunhofer-Gesellschaft
Sự phát triển và tiến hóa hơn nữa của các hệ thống lưu trữ hiện có là điều kiện tiên quyết quan trọng cho quá trình chuyển đổi năng lượng. Trung tâm Sản xuất Pin số hóa (ZDB) tại Viện Kỹ thuật và Tự động hóa Sản xuất Fraunhofer IPA và acp systems AG đã hợp tác để đưa vào sử dụng hệ thống quấn pin hình trụ có thiết kế và định dạng linh hoạt.
Hệ thống này đóng vai trò là nền tảng nghiên cứu và sản xuất sáng tạo để thử nghiệm các định dạng và thành phần pin mới cùng với thiết kế tab và cũng cho phép phát triển các pin định dạng lớn cho các công nghệ pin trong tương lai. Hệ thống quấn pin này là hệ thống đầu tiên thuộc loại này trên thế giới. Hệ thống được nhúng trong cơ sở hạ tầng sản xuất pin số hóa tự động.
Pin xe điện bao gồm nhiều mô-đun, mỗi mô-đun bao gồm nhiều pin riêng lẻ. Các mô-đun này là trung tâm của bất kỳ loại pin nào và chịu trách nhiệm cho phần lớn giá trị tạo ra. Các ô pin hình trụ ngày càng trở nên phổ biến hơn trong ngành công nghiệp ô tô trong những năm gần đây, với xu hướng ưa chuộng các định dạng ô lớn.
ZDB tại Fraunhofer IPA và acp systems AG đã hợp tác chặt chẽ để phát triển, xây dựng và hiện đang đưa vào vận hành một hệ thống quấn cho các ô pin hình trụ, còn được gọi là ô tròn. Hệ thống này sẽ đóng vai trò là nền tảng nghiên cứu và sản xuất đa năng để thử nghiệm nhanh các định dạng ô và thiết kế tab mới cũng như các phương pháp tiên tiến để nâng cao chất lượng và tối ưu hóa quy trình.
Hệ thống quấn mới hoàn thiện một dây chuyền sản xuất không giống bất kỳ dây chuyền nào khác ở Châu Âu để sản xuất các ô pin hình trụ cho pin lithium-ion và các công nghệ pin trong tương lai như pin natri-ion. Điểm đặc biệt của chuỗi sản xuất là tất cả các bước quy trình đều được số hóa và kết nối với nhau, từ phủ và quấn đến lắp ráp, làm đầy và tạo hình.
"Tại ZDB, chúng tôi có thể bao quát tất cả các bước quy trình liên quan đến sản xuất pin. Quy trình quấn là một trong những quy trình cốt lõi trong sản xuất pin hình trụ, vì trục cuộn thạch là trung tâm của pin. Bằng cách đưa hệ thống quấn vào trực tuyến, chúng tôi đã thu hẹp khoảng cách trong chuỗi quy trình hoàn toàn số hóa, do đó dây chuyền sản xuất đã hoàn thiện", Julian Grimm, trưởng nhóm nghiên cứu tại Fraunhofer IPA và Phó giám đốc ZDB cho biết.
Nền tảng nghiên cứu và phát triển sáng tạo: hệ thống quấn có thiết kế và định dạng linh hoạt. Nguồn: Fraunhofer-Gesellschaft
Các điện cực và bộ tách được cuộn thành cuộn thạch
Có khoảng một chục bước công việc liên quan đến việc chuẩn bị pin để sử dụng. Trong quá trình quấn, các điện cực dương và âm được cuộn lại với nhau bằng hai bộ tách để tạo thành cuộn thạch. Sau đó, pin được lắp ráp, một bước đòi hỏi phải di chuyển và định vị cuộn thạch với độ chính xác cao. Sau đó, một điện cực thanh được đưa vào qua lỗ ở giữa cuộn và được sử dụng để hàn cuộn vào đế của xi lanh.
Nhưng hệ thống cuộn dây mới cho các cell pin hình trụ không chỉ là nền tảng sản xuất cho các cuộn thạch. Nó cũng sẽ đóng vai trò là nền tảng nghiên cứu để phát triển các hệ thống và định dạng cell sáng tạo và thử nghiệm chất lượng của chúng.
"Điểm làm nên sự độc đáo của hệ thống của chúng tôi là tính linh hoạt. Nó cho phép chúng tôi tạo ra các định dạng cell khác nhau ở các kích thước và thiết kế tab khác nhau, chẳng hạn như các thiết kế không có tab được hàn vào chúng. Tab, một thành phần đầu cuối hẹp trên cực dương và cực âm mà điện phải chạy qua, là điểm nghẽn trong các cell định dạng lớn", Grimm nói.
Trong các cell tròn, xu hướng là hướng tới các định dạng cell lớn hơn, chiếm nhiều không gian hơn về cả đường kính và chiều cao. Điều này có nghĩa là cuộn và bản thân cell cuối cùng sẽ lớn hơn. Nhưng vấn đề là các cell càng lớn thì càng khó thu thập dòng điện và tản nhiệt.
"Chúng tôi có thể giải quyết thách thức này bằng các thiết kế tab riêng lẻ. Ví dụ, trong thiết kế không có tab, lá nhôm và đồng có thể dùng để thu thập dòng điện và tản nhiệt, cho phép dẫn nhiệt tốt hơn cả tab truyền thống", Grimm giải thích.
Thiết kế cell sáng tạo đảm bảo tính đồng nhất trong các cell hình trụ, cho phép định dạng cell lớn. Các cell lớn hơn với vật liệu hoạt động nhiều hơn có thể được sử dụng để đạt được mật độ năng lượng lớn hơn, từ đó mở rộng phạm vi hoạt động của xe điện.
Định dạng và tính linh hoạt trong thiết kế cho cell pin hình trụ (cell tròn). Tín dụng: Fraunhofer-Gesellschaft
Thu thập dữ liệu liên quan đến cell pin
Để giảm thiểu chất thải và cải thiện chất lượng, toàn bộ quy trình sản xuất được số hóa và kết nối với nhau. Để đạt được mục đích đó, các cảm biến thu thập dữ liệu, sau đó được tổng hợp theo thời gian thực trên đám mây.
Các công nghệ truy xuất được phát triển tại Fraunhofer IPA giúp liên kết dữ liệu thu thập được với các cell pin được sản xuất.
Mỗi cell pin riêng lẻ được sản xuất đều có sẵn để phân tích dữ liệu và đào tạo trí tuệ nhân tạo. Theo cách này, có thể theo dõi các điều kiện mà cell được sản xuất và xác định mối quan hệ của chúng với chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Dữ liệu được sử dụng để phát triển các dịch vụ có khả năng giám sát, phân tích và dự đoán. Điều này giúp cải thiện quy trình sản xuất và loại bỏ các nguồn lỗi nhanh hơn trước.
"Các thiết kế cell sáng tạo đòi hỏi phải thiết kế lại và tối ưu hóa các quy trình sản xuất, mà chúng ta có thể nghiên cứu bằng cách sử dụng hệ thống cuộn dây. Sự kết hợp giữa thiết kế cell sáng tạo và các phương pháp tiếp cận nhanh nhẹn đối với sản xuất là chìa khóa để đáp ứng các yêu cầu của bối cảnh năng lượng thay đổi nhanh chóng, cho phép đưa các giải pháp mới ra thị trường nhanh hơn và mở đường cho các công nghệ pin bền vững, chất lượng cao", Grimm cho biết.
Các nhà sản xuất và người dùng điện cực, bộ tách và cell cũng có thể sử dụng hệ thống để thử nghiệm các nguyên mẫu, sản phẩm, thành phần cell, vật liệu và thiết kế của họ.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
