Les capteurs de force dans l'automatisation de la fabrication des batteries

L'évolution rapide de la matrice énergétique à grande échelle a incité les économies mondiales à s'efforcer de réduire leur dépendance à l'égard de l'industrie des combustibles fossiles, compte tenu de son empreinte carbone et de ses émissions, ainsi que de toutes les tensions géopolitiques provoquées par l'industrie du pétrole et du gaz.

L'industrie de la mobilité électrique accroît la nécessité de produire des batteries à une échelle sans précédent. On s'attend à ce que les solutions de batteries lithium-ion dépassent le moteur à combustion en tant que solution dominante pour les sources d'énergie des véhicules dans un avenir proche. La forte croissance prévue de l'industrie des véhicules électriques s'accompagne de la nécessité de construire des usines et des lignes de production de batteries pour véhicules électriques qui soient efficaces et à haut rendement.  Les capteurs de force et de couple sont des composants importants de ces nouvelles initiatives, car les solutions de mesure avancées sont primordiales pour assurer l'inspection en cours de processus, le contrôle de la force et du couple en boucle fermée du processus de fabrication des batteries, et les essais mécaniques pour le contrôle de la qualité.

Contrôle et précision pour la production de batteries

De la préparation aux essais mécaniques finaux, nous proposons des solutions de capteurs adaptées à l'ensemble du processus de production des batteries. Dans la fabrication des batteries, le rendement élevé et la répétabilité sont tout aussi importants que les solutions rentables. Ceci est vrai pour de nombreuses étapes du processus, depuis le mélange de la boue, le calandrage, le découpage précis des électrodes et les applications à force contrôlée.

Sans une mesure et un contrôle précis des variables du processus, les étapes de fabrication des batteries peut être incohérente, ce qui entraîne des problèmes de qualité, des inefficacités du processus et des pertes de production. La large gamme de capteurs que nous proposons permet aux ingénieurs de contrôle de développer des solutions automatisées pour la plupart des processus de fabrication de batteries, y compris :

• Préparation et mélange des boues ;
• Enrobage et séchage ;
• Calandrage ;
• Refendage / découpe / poinçonnage des électrodes ;
• Enroulement / empilage des électrodes ;
• Soudage de l'onglet de la batterie ;
• Essais mécaniques des batteries ;

Fonctionnement:

1. Préparation de la boue - Pesée en lots

Les matières premières des cellules de batterie sont coûteuses et représentent plus de 50 % des coûts de production totaux. Le pesage du lot est une approche alternative pour déterminer la teneur en humidité et est essentiel pour assurer l'uniformité et la traçabilité. La série de capteurs de force de type bouton peut être utilisée dans les applications de pesage de lots de fabrication. Installés à la base de chaque pied de la cuve à lisier, ces boutons de charge à compression mesurent le contenu de la cuve au fur et à mesure qu'il augmente et diminue.

2. Mélange de boues - Mesure du couple du mélangeur de matériaux

Les boues de batterie sont des matières fluides contenant un grand pourcentage de particules solides de différents produits chimiques, de tailles et de formes dans un milieu très visqueux. La mesure et le contrôle de la viscosité de la suspension sont essentiels pour la stabilité du processus, la facilité de mélange et la performance du revêtement, qui ont un impact sur les électrodes finies. La détermination de la viscosité et des propriétés rhéologiques de la suspension nécessite un mélangeur doté d'un rhéomètre intégré. Dans ce cas, un rhéomètre avec un cylindre rotatif est utilisé pour mesurer le cisaillement de la suspension à différentes vitesses de rotation. Pour ce faire, un capteur de couple est nécessaire pour mesurer le couple généré lors du mélange de la suspension. Un capteur de couple de réaction de la série TFF est monté le long du cylindre de l'axe de l'agitateur de mélange qui contient la suspension analysée par le viscosimètre.

3. Enduction, séchage et calandrage - Rouleaux à bande Contrôle de la tension

Le maintien d'un niveau de tension correct sur les matériaux de la bande est essentiel pour garantir la qualité et minimiser la casse des matériaux et d'autres problèmes liés au processus de fabrication des batteries qui peuvent entraîner des temps d'arrêt non planifiés. Les machines de fabrication de batteries nécessitent des composants de contrôle de tension de haute qualité afin d'augmenter les capacités de la machine, d'élargir les plages de fonctionnement et d'améliorer le contrôle du processus. Le QLA132 est un capteur de force en cisaillement à rouleaux sur mesure pour le contrôle de la tension en boucle fermée et en boucle ouverte. Ce modèle peut être personnalisé en fonction de vos besoins de mesure de la tension du rouleau.

4. Refendage / poinçonnage d'électrodes - Mesure de la force de coupe

Après l'enduction et le calandrage, les électrodes de batterie sont enroulées en rouleau. Elles doivent être coupées à la forme souhaitée et aux dimensions réduites des cellules. Le découpage est un processus délicat qui exige une grande précision en ce qui concerne la largeur des électrodes, la planéité des bords et les bavures. Dans ce processus, la coupe doit être propre pour éviter tout dysfonctionnement de la cellule. Le capteur LCF300 de type Pancake est un capteur universel miniature. Il s'agit d'un capteur extrêmement précis et résistant à la fatigue.

5. Mesure de la force de soudage des languettes

Le soudage par résistance est utilisé dans l'industrie de la fabrication des batteries depuis près de quarante ans. Plus récemment, l'application de la mesure du déplacement et de la force de l'électrode permet aux fabricants de surveiller et d'utiliser des outils de contrôle en boucle fermée pour affiner le processus de soudage des languettes afin d'assurer une qualité et un rendement élevés. Le capteur bouton LLB300 peut être utilisé comme dispositif de détection de force pour fournir un retour d'information sur la force au système d'automatisation du soudage de languettes.

6. Essai mécanique sur les cellules de la poche 

Au cours de la charge et de la décharge, les poches des cellules se gonflent ou se dilatent. Au cours des essais, la batterie lithium-ion se dilate et le capteur en compression LLB mesure la force de gonflement sur les plaques d'extrémité lorsque la cellule de la batterie se dilate, ce qui permet d'évaluer le stress sur les cellules de la batterie au cours des cycles de charge/décharge. La cellule de charge LCF450 peut également être utilisée comme modèle alternatif pour les tests mécaniques des cellules de poche.