Im schnell wachsenden Markt der E-Mobilität werden an die Batteriezellenproduktion hohe Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Effizienz gestellt. Um diese zu realisieren, sind performante und intelligente Automatisierungslösungen nötig. Unsere Steuerungstechnik ermöglicht die durchgängige Automatisierung aller Prozesse in der Batterieproduktion: von der Elektrodenfertigung bis hin zur Modul- und Packmontage. PC-based Control bietet Vorteile für alle Maschinentypen, egal ob Sie Rund-, Pouch- oder prismatische Batteriezellen produzieren. Auch für alle Batterietechnologien bieten wir passende Lösungen: von LiPo-Zellen über Festkörperzellen bis hin zu LFP-Zellen.
Ihr Vorsprung in der Batterieproduktion mit Beckhoff:
- hohe Geschwindigkeit dank schneller Zykluszeiten
- optimale Synchronisation der Steuerungsfunktionen auf einer Plattform
- Realisierung komplexer Motion-Aufgaben
- flexible Skalierbarkeit in Hard- und Software
Steuerungstechnik für alle Prozesse der Batteriefertigung
PC-based Control optimiert alle Produktionsschritte:
Hohe Präzision beim Wickeln von Batteriezellen
Zur Herstellung von Rundzellen wird im Rolling-Prozess aus einem Anoden-, einem Kathoden- und zwei Separatorbändern eine Jelly-Roll gewickelt. Dabei müssen hohe Anforderungen an Präzision und Geschwindigkeit erfüllt werden.
Mit unserem Ansatz einer zentralen PC-basierten Automatisierungsplattform wird bei der Wicklung von Batteriezellen eine maximale Prozesseffizienz erreicht: Vision-Systeme, Motion-Aufgaben und Kommunikation zu den I/Os werden hoch synchron gesteuert. Dies ermöglicht eine exakte Wickelgenauigkeit bei gleichzeitig hohem Output.
Unsere Produkt-Highlights für den Wickelprozess:
- Vision-Portfolio: Bildverarbeitung synchronisierbar mit allen Steuerungsprozessen
- TwinCAT Motion Control: modulare Softwarelösung für komplexe Bewegungsprofile, z. B. schnelles Aufsynchronisieren kontinuierlicher auf getaktete Prozesse
- dezentrale Antriebstechnik: Servomotoren mit integriertem Servoverstärker
- Highspeed-Feldbus EtherCAT mit exakter Timestamp-Funktion
Stapeln von Batteriezellen schnell und präzise steuern
Die Fertigung von Pouch-Zellen wird mit einem Stapelvorgang realisiert: Elektrodensheets aus Kathoden- oder Anodenmaterial werden zwischen Separatorschichten gelegt, z. B. mit einem Z-Falter. Ähnlich wie beim Wicklungsprozess für Rundzellen sind bei der Z-Faltung hohe Genauigkeit und Schnelligkeit entscheidend.
Mit unserer modularen Automatisierungssoftware TwinCAT lassen sich selbst hoch komplexe Motion-Aufgaben im Stapelprozess von Batteriezellen präzise realisieren: Es können bis zu 255 Achsen synchron gesteuert werden. Auf der Hardwareseite steht ein großes Portfolio an Antriebstechnik in verschiedenen Leistungsklassen zur Verfügung.
Unsere Produkt-Highlights für den Stapelprozess:
- TwinCAT Motion Control: synchrone Steuerung von bis zu 255 Achsen sowie Integration von Roboter-Kinematiken
- kompakte Antriebstechnik: Motion-Lösungen für Betrieb auf kleinstem Bauraum
- XPlanar: schwebendes Planarmotorsystem für den Transport- oder Stapelprozess
Zellassemblierung perfekt synchronisiert
Die gestapelten oder gewickelten Elektrodensheets werden im Assemblierungsprozess präzise mit allen weiteren Zellbestandteilen zusammengefügt und in die Verpackung eingebracht, bevor die Batterie mit Elektrolytflüssigkeit befüllt wird. Eine nahtlose Synchronisierung zwischen allen Bewegungs- und Handling- Aufgaben ist während der Assemblierung essenziell, um qualitativ hochwertige Zellen zu gewährleisten.
Da mit PC-based Control alle Funktionen durchgängig in TwinCAT ausgeführt werden, ist die perfekte Abstimmung zwischen allen Schritten sichergestellt: Zelltransport, Robotik, Handling und Vision kommen auf derselben Steuerung zum Ablauf.
Unsere Produkt-Highlights für die Zellassemblierung:
- intelligente Transportsysteme: XPlanar und XTS ermöglichen flexiblen Transport zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen
- ATRO: Modularer Industrieroboter mit direkter TwinCAT-Integration
- Vision-Portfolio: Bildverarbeitung synchronisierbar mit allen Steuerungsprozessen
Elektrolytbefüllung sicher realisieren mit Komponenten für den Explosionsschutz
Nachdem die gewickelten bzw. gestapelten Batteriezellen in ihre Verpackung eingebracht wurden, erfolgt die Befüllung mit dem Elektrolyt. Neben der präzisen Dosierung der Elektrolytflüssigkeit spielt bei diesem Prozessschritt die ausreichende Sicherheit hinsichtlich des Explosionsschutzes eine große Rolle.
Auch für den explosionsgefährdeten Bereich bieten wir durchgängige Automatisierungslösungen: Prozesstechnische Anforderungen können direkt über die zentrale Steuerungsplattform realisiert und in Echtzeitanwendungen integriert werden. Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen steht ein erweitertes Produktspektrum zur Verfügung.
Unsere Produkthighlights für die Elektrolytbefüllung:
- ELX-Klemmen: direkter Anschluss eigensicherer Feldgeräte aus Zone 0/20
- CPX-Serie: Elegante Control Panels und Panel-PCs für den Einsatz in Zone 2/22
- Embedded-PCs und Buskoppler: Anlagensteuerung und Kommunikation in Zone 2/22
Flexible Lösungen für den Zelltransport
Für die ersten Lade- und Entladevorgänge und die weitere Zellalterung werden die Batteriezellen nach der Elektrolytbefüllung zu verschiedenen Regallagersystemen transportiert. Meist kommen Rollenförderbänder und AGVs zum Einsatz.
Für die Ansteuerung motorgetriebener Rollenfördersysteme bieten wir mit der EtherCAT Box EP7402 eine kompakte und nahtlos integrierte Lösung. Unsere intelligenten Transportsysteme XTS und XPlanar ermöglichen es Ihnen darüber hinaus, bestehende Transportprozesse komplett neu zu denken und völlig flexibel zu gestalten.
Unsere Produkt-Highlights für den Zelltransport:
- EtherCAT Box EP7402: Kompakte Steuerung für motorgetriebene Rollenfördersysteme
- XTS mit NCT: Ermöglicht Handling und Qualitätskontrolle während des Transports
- XPlanar: Schwebender Produkttransport mit maximaler Flexibilität
Leistungsfähige Robotik-Lösungen für die Modul- und Packmontage
Für den Einsatz in Elektroautos werden Batterien nach der Fertigung zunächst zu Modulen- und dann zu größeren Batteriepacks assembliert. Bei der Modulmontage müssen die einzelnen Batteriezellen innerhalb kürzester Zeit miteinander verklebt und verschweißt werden. Für die exakte und schnelle Positionierung sind präzise Robotik-Lösungen nötig.
TwinCAT ermöglicht die Realisierung aller gängigen Roboter-Kinematiken über modulare Softwarebausteine: Durch die direkte Integration in die Steuerungplattform werden dabei maximale Leistungsfähigkeit und Effizienz sichergestellt.
Unsere Produkt-Highlights für die Batteriemodul-Montage:
- TwinCAT Kinematic Transformation: Integriert alle gängigen Roboter-Kinematiken in die TwinCAT-Steuerungsplattform
- hochdynamische Servomotoren für Delta-Picker oder Portale
- One Cable Technology: reduziert Montage- und Kabelkosten beim Anschluss von Servomotoren
Optische Kontrolle von Batteriezellen mit effizienter Vision-Technologie
Um die produzierten Batteriezellen auch im Nachhinein eindeutig identifizieren zu können, werden sie mit einem Barcode oder QR-Code ausgestattet. Mittels einer optischen Kontrolle wird am Ende des Produktionsprozesses sichergestellt, dass alle Zellen final geprüft und gelabelt sind. Dies geschieht typischerweise während des Zelltransports.
Das vollständige Vision-System von Beckhoff ermöglicht die Integration der Bildverarbeitung in die Steuerungsplattform. Durch den Einsatz des XPlanar-Systems wird zusätzlich die Traceability erhöht, da sich die Daten aus der Bildverarbeitung mit den Positionsdaten der XPlanar-Mover kombinieren lassen.
Unser Vision-System für die abschließende Qualitätskontrolle:
- komplettes Hardware-Portfolio: Kameras, Beleuchtungen und Units für die Bilderfassung
- TwinCAT Vision: Integriert die Bildverarbeitung nahtlos in die TwinCAT-Steuerungsplattform
- vollständige Integration in EtherCAT unterstützt Echtzeitapplikationen
Hochpräzise Messtechnik für die Prüfung von Batteriepacks
Nachdem die einzelnen Batteriezellen zu Modulen und diese wiederum zu Packs zusammengesetzt wurden, müssen die elektrischen und thermischen Eigenschaften des Gesamtsystems vermessen werden. So wird zum Beispiel die Temperatur der einzelnen Packs geprüft, während die Batteriezellen mehrere Ladezyklen durchlaufen.
Über die Beckhoff I/O-Module lassen sich alle gängigen Sensoren anbinden. So werden messtechnische Aufgaben direkt in das Steuerungssystem integriert. Mit den EtherCAT-Messtechnikklemmen der ELM-Reihe steht ein breites Portfolio für die hochpräzise Datenerfassung zur Verfügung.
Unsere Messtechnik für alle Prüf- und Testaufgaben:
- ELM3002-0205 ermöglicht die Hochvolt-Spannungsmessung an Batterien und Generatoren
- ELM3348-0003 für die präzise Temperaturmessung mit Thermoelementen
- breites Portfolio an Messtechnik-Klemmen der ELM-Serie für weitere messtechnische Aufgaben
- Anbindung von externen Messgeräten über entsprechende Kommunikationsklemmen
