Door: Redactie - 24 april 2023 |
De markt voor lithium-ion-batterijen groeit snel dankzij de grote vraag naar elektrische voertuigen (EV) en vaste energieopslagsystemen. Er zijn plannen voor 25 nieuwe gigafabrieken voor batterijen in Europa. Die bedrijven zullen machines en systemen nodig hebben om de batterijproductie verder te optimaliseren. In Europa bedraagt de productiecapaciteit van lithium-ion-batterijen 62 GWh (cijfers 2021). Volgens schattingen zal dit tegen 2030 oplopen tot 664 GWh. De ambitie van de producenten van industriële apparatuur (IEM) en de systeemintegratoren (SI) die deze markt bedienen, is om oplossingen te creëren die een toegevoegde waarde betekenen voor de eindgebruikers.
In Europa nam de vraag naar lithium-ion-batterijen in 2021 af op 58 GWh, maar volgens schattingen zal dit tegen 2028 oplopen tot 400 GWh. Een van de drijvende krachten hierachter is de Green Deal van de EU, die tot doel heeft de CO2-uitstoot tegen 2030 met 55% te verminderen, en de EU tegen 2050 koolstofneutraal te maken. De Green Deal heeft een bepalende invloed op producenten van nieuwe technologie. Het is bijvoorbeeld de drijvende kracht achter de overstap van OEM’s in de voertuigsector naar EV’s, en van energiebedrijven naar hernieuwde energiebronnen. Beide doen daarvoor beroep op lithium-ion-batterijtechnologie.
De toeleveringsketen van de batterijproductie begint met de winning en raffinage van grondstoffen zoals lithium, mangaan, kobalt en nikkel. Met deze materialen kan een batterijcel gemaakt worden. Een cluster cellen vormt samen een batterijmodule (een behuizing met klemmen), een cluster modules vormt samen een batterijpakket (met elektrische verbindingen, koelapparatuur en beheersysteem).
De levenscyclus van lithium-ion-batterijen en hun onderdelen vereist een uitgebreid machinepark en de nodige testapparatuur. Neem bijvoorbeeld de productie van de elektroden (anode en kathode). Daarbij zijn diverse processen betrokken, zoals het mengen, coaten, persen en snijden/scheiden van afval maar ook voor het uiteindelijke drogen, assembleren en inspecteren zijn specifieke systemen ontwikkeld. De machines die deze processen in goede banen leiden zijn van vitaal belang, aangezien productiefouten de capaciteit, levensduur en prestatie van de batterijcellen kunnen verminderen of zelfs ongelukken kunnen veroorzaken die mensenlevens in gevaar brengen.
Deze machines voor de productie van lithium-ion-batterijen zijn doorgaans complex van opbouw. De machines voor snijden en scheiden kunnen bijvoorbeeld tot 40 bewegende assen en bijhorende I/O’s bevatten, waardoor de nieuwste technologie voor real-time besturing en machinevision geen overbodige luxe is.
Advantech is een specialist in hardware-automatisering. Samen met partners Intel en Nvidia helpt Advantech machinebouwers. Ze zoeken naar sterke systemen voor de productie van lithium-ion-batterijen. Ze bieden twee oplossingen voor vision-systemen. Een daarvan is een schaalbare industriële PC. Deze is beschikbaar in rack of tower. Het integreert vision, motion, I/O of communicatie in één platform. De andere oplossing is een compacte IPC. Deze heeft een hoog rekenvermogen en snelle vision-interfaces. Het verbindt met het motion- en I/O-besturingssysteem. Dit geeft veel flexibiliteit aan IEM of SI voor het ontwerpen van machine vision-oplossingen.
Advantech biedt ook andere hoogpresterende vision platformen aan. Voorbeelden zijn de ACP-4020, IPC-631, en ACP-2020G systemen. Deze zijn beschikbaar in verschillende maten. Ook bieden ze de robuuste ITA-460 PC aan voor gebruik met heavy-duty AGVs/AMR. De modulaire MIC-770 V3 box PC is ventilatorloos. Gebruikers kunnen verschillende I/O-modules toevoegen. De AIIS-3411 is een all-in-one machine vision controller. Deze heeft een ingebouwde FPGA real-time I/O en verlichtingsregeling voor high-speed AOI. Al deze systemen gebruiken de nieuwste 12e generatie Core i processortechnologie.
Zoals het een krachtig vision-systemen betaamt zijn er AI-accelerators beschikbaar voor de NVIDIA Quadro GPU-producten. Ze kunnen voorts bogen op een lange levensduur, industriële betrouwbaarheid en een hoge rekenkracht voor de beeldopbouw, analyses en AI-training/inferentie. Er zijn ook interfaces voorzien voor optische, laser- en röntgensensoren. Deze technologieën kunnen een rol spelen bij diverse taken tijdens de productie van elektroden. Denk hierbij aan metingen van de coatingdichtheid, inspectie van het coatingoppervlak, breedte- en randinspectie bij persbewerkingen en inspectie van de snijranden bij snij/scheidingsprocessen. Dat laatste is van vitaal belang, omdat eventuele bramen de batterijseparator kunnen doorboren en zo mogelijk brand kunnen veroorzaken. Andere toepassingen zijn uitlijning van de modules, lasinspectie tijdens assemblage en inspectie van de behuizing tijdens het assemblage- en verouderingsproces.
Realtime besturingsplatforms spelen een cruciale rol in de kwaliteit van het lithium-ion-batterijen proces. Deze geavanceerde systemen kunnen de spanning, bandsnelheid, lijnbelasting of uitlijncorrectie nauwkeurig regelen. Dat geldt ook voor de beweging van bijvoorbeeld een industriële robot of AGV.
Advantech biedt samen met software eco-partner Acontis een drietal machinebouw topologieën voor real-time regelsystemen: PC-, PLC– of HMI-gebaseerd.
Voor PC-gebaseerde toepassingen worden de MIC-770 en UNO-148 high-end ventilatorloze box-PC’s met PCIE-1203 EtherCAT master card of Acontis EtherCAT master S/W stack aangeboden. Dit zijn beide high-end besturingsoplossingen voor machinebouwers/SI die bekend zijn met programmeren op hoog niveau. De Acontis EtherCAT oplossingen kunnen tot maximaal 25 besturingssystemen verwerken en koppelen daarbij hoge prestaties en een lage CPU-belasting. Zo garanderen ze snelle updatesnelheden voor toepassingen met meerdere bewegingsassen en I/O-besturingen. Denk bijvoorbeeld aan de sturing van de eerder vermelde snijmachine met 40 assen.
Bij de PLC- en HMI-gebaseerde oplossingen vinden we onder meer de ultracompacte en robuuste box PC UNO-137, de modulaire PAC AMAX-5580 en het modulaire PC TPC-B610/B200 paneel met CODESYS. Deze mainstream besturingsoplossingen stellen IEM/SI in staat om stuurprogramma’s te ontwikkelen met IEC-61131-3 talen, dit op krachtige X86 platforms met aangepaste functionaliteiten en flexibele I/O interfaces.
Slimme productie is cruciaal voor de gigafabrieken, omdat de markt gekenmerkt wordt door grote volumes en snel evoluerende technologie. De productie-efficiëntie moet hoog zijn om aan de snel groeiende maar concurrerende markt te voldoen. Nieuwe producten en productietechnologie moeten snel in de productie geïmplementeerd worden. Dit omdat de accu’s nog steeds evolueren (bijv. van NMC naar LPF, van 2170 naar 4680 formaat, van vloeistof naar vaste elektrolyt).
Advantech biedt een DeviceOn + iBMC oplossing voor beheer op afstand en de monitoring/controle van veldapparatuur, OTA S/W update en disaster recovery. Zo wordt het risico op lijnuitval gereduceerd en de on-site onderhoudskosten binnen de perken gehouden. De robuuste ventilatorloze edge server MIC-790, edge platforms MIC-770, IPC-200 en UNO series zijn gecertificeerd door AWS IoT Greengrass en Microsoft Azure. Dit maakt verbinding van de apparatuur met de cloud mogelijk en facilitereert de real-time respons, dataverzameling ter plaatse. Dit zorgt bovendien ook voor beveiligd en geoptimaliseerd netwerkverkeer. Deze oplossingen zijn essentieel voor industrie 4.0 en voor de slimme productie van lithium-ion-batterijen.
De recentste goed presterende vision en real-time besturingsoplossingen ondersteunen de ontwerpen van de fabriek van de toekomst. Hierop moeten gigafabrieken zichzelf modelleren om de productiviteit en kwaliteit te verhogen en de kosten te verlagen. De elektrische aandrijflijn van een EV vertegenwoordigt ongeveer 50% van de totale kosten (vergeleken met slechts 16% voor een conventionele ICE-aandrijflijn). De batterijcellen zijn de meest kostenintensieve component, goed voor ongeveer 75% van de kosten van het batterijpakket. Daarom zal elke machinebouwer of systeemintegrator die erin slaagt om de efficiëntie van de productie van batterijcellen te verbeteren, vrijwel zeker als marktleider uit de bus komen.
Auteur: Ken Lin, Senior Product Sales Manager, Advantech Europe
Dit artikel delen op je eigen website? Geen probleem, dat mag. Meer informatie.
IndustrieVandaag is een onafhankelijk platform met het laatste nieuws over de procesindustrie, industrial processing, productie industrie, maakindustrie en elektronica industrie.
Neem contact met ons op:
Tel +31 (0)23 737 07 63
Email via contactpagina
