Cinco formas inteligentes de mejorar la producción de baterías para vehículos eléctricos

Soluciones de dosificación de fluidos para la producción precisa de baterías de vehículos eléctricos

Las baterías y los sistemas de gestión de baterías son el corazón de los vehículos eléctricos actuales. Estos componentes definen el rendimiento, la seguridad y la autonomía de más de 16,5 millones deⁱ vehículos eléctricos actualmente en circulación.

A medida que los fabricantes de vehículos eléctricos y baterías siguen buscando formas de aumentar la eficiencia y la velocidad de sus procesos de producción, muchos recurren a Nordson EFD para obtener soluciones de dosificación de fluidos de precisión. Las válvulas de chorro, las válvulas dosificadoras y los sistemas de dosificación automatizados de EFD ayudan a los fabricantes a producir baterías de alto rendimiento y sin defectos a velocidades de producción más rápidas mediante la aplicación de cantidades precisas de fluido dentro de tolerancias ajustadas de tamaño de depósito y posición.

Con el mercado del transporte pivotando hacia un paradigma de transporte propulsado eléctricamente, los fabricantes inteligentes se están centrando en mejorar la calidad y el rendimiento de su proceso de producción de VE. Para alcanzar objetivos de producción ambiciosos, las empresas deben adoptar técnicas de fabricación eficientes.

Dominar la dosificación automatizada de fluidos para la fabricación de celdas de baterías y el ensamblaje de baterías de vehículos eléctricos es una forma probada de obtener eficiencias de fabricación y construir paquetes de baterías de alta calidad. Pero comprender que la dosificación de fluidos ofrece ventajas de fabricación y determinar dónde centrar su atención en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos puede ser todo un reto. Los fabricantes inteligentes influyen en su proceso de producción de baterías para VE concentrándose en estas cinco áreas de fabricación:

1. Para la fabricación de células, alinee con precisión los componentes clave para mejorar el rendimiento general y la vida útil de la batería.
   
   
2. Para la fabricación de células, garantice un llenado preciso del electrolito para el rendimiento general y la estabilidad de la célula.
   
   
3. Para el montaje de módulos y paquetes, utilice un método de dispensación de material de interfaz térmica (TIM) controlado y automatizado para evitar el desbordamiento térmico, que es fundamental para la seguridad general del paquete de baterías.
   
   
4. Para el montaje de módulos y paquetes, reduzca el tiempo de ciclo y aumente la repetibilidad y precisión de la operación de unión de las celdas de la batería a la bandeja de la batería para aumentar el rendimiento de la producción y ahorrar un valioso tiempo de producción.
   
   
5. En todas las áreas de fabricación, hay que ser flexible en los métodos de producción para adaptarse a las nuevas tecnologías y químicas de las baterías.
   
   
1. Para la fabricación de células, alinee con precisión los componentes clave para mejorar el rendimiento general y la vida útil de la batería.

 



La colocación precisa y la cantidad de adhesivo durante el proceso de fabricación de la pila tienen un fuerte impacto en la funcionalidad, calidad y longevidad de la pila a lo largo de su vida útil.

 

 

Para que la tecnología de las baterías funcione según lo previsto, debe mantenerse una alineación precisa entre el cátodo, el ánodo y el separador. La experiencia en dosificación de fluidos de Nordson EFD es esencial para recomendar la solución correcta para la aplicación exacta y repetible de adhesivo con el fin de facilitar la precisión en la alineación de las capas de la batería dentro de la celda. Centrándose en el paso preciso de dosificación del adhesivo es donde los fabricantes pueden cumplir eficazmente los objetivos de seguridad (evitando cortocircuitos en la batería), a la vez que imparten calidad de construcción a la batería y ahorran en desechos.

 

Para esta tarea, el sistema PICO Pµlse XP jetting ofrece muchas ventajas para la fabricación de baterías, ya que permite a los fabricantes dispensar fluidos de forma precisa, repetida y exacta. Al ofrecer un ajuste de carrera a nivel de micras (µm) (un cabello humano mide aproximadamente 70 micras), la solución puede dispensar fluidos repetidamente durante largos periodos de tiempo, independientemente de los factores ambientales. Además, el sistema puede aplicar microdepósitos de tan sólo 0,5 nL a velocidades de hasta 1.000 Hz (depósitos por segundo) de forma continua.

 



El sistema de chorro Nordson EFD PICO Pµlse XP ofrece muchas ventajas a los fabricantes de baterías para vehículos eléctricos, como una mayor exactitud, repetibilidad y precisión en la dosificación de fluidos.

 

 

2. Para la fabricación de células, garantice un llenado preciso del electrolito para el rendimiento general y la estabilidad de la célula.
   
   

El llenado preciso del electrolito es importante para los fabricantes de baterías, ya que utilizar el electrolito justo para humedecer los componentes contribuye al rendimiento óptimo de la célula. Se sabe que los electrolitos son fluidos agresivos, por lo que una manipulación cuidadosa del material es esencial para obtener resultados satisfactorios. Los fabricantes inteligentes prestan especial atención a la elección de las válvulas para este proceso, ya que deben ser capaces de soportar la agresividad del electrolito sin necesidad de cambiarlas con frecuencia.

 



Utilizar prácticas de fabricación eficientes es importante para cumplir los objetivos de producción y aumentar los rendimientos, sobre todo en la fabricación de células de iones de litio para baterías de vehículos eléctricos.

 

 

Para esta aplicación, Nordson recomienda que los fabricantes utilicen una válvula de mini diafragma serie 702. Esta válvula es especialmente adecuada para el llenado de cámaras de electrolito, ya que proporciona una dosificación sin goteo. Las miniválvulas de diafragma presentan un diseño distintivo que elimina las burbujas de aire atrapadas y ofrece un corte rápido y limpio. Las miniválvulas de diafragma 702 ofrecen un ajuste de carrera a prueba de manipulaciones, un rendimiento constante de disparo a disparo y un rendimiento más rápido. Además, las válvulas de la serie 702 permiten a los usuarios montar más válvulas por placa de fijación y dispensar fluidos en espacios más reducidos, lo que permite un mayor rendimiento y productividad.

 



La miniválvula de diafragma de la serie 702 es ideal para el llenado de electrolitos, ya que la válvula puede soportar la naturaleza agresiva del electrolito sin necesidad de cambiarla con frecuencia.

 

 

3. Para el montaje de módulos y paquetes, utilice un método de dispensación de material de interfaz térmica (TIM) controlado y automatizado para evitar el desbordamiento térmico, que es fundamental para la seguridad general del paquete de baterías.
   
   

El desbordamiento térmico es una reacción en cadena dentro de una célula de batería que implica un rápido aumento de la temperatura de la batería. Se produce cuando la temperatura en el interior de una pila alcanza un punto que provoca una reacción química en el interior de la pila. Esta reacción química produce más calor, aumentando la temperatura y provocando más reacciones químicas que generan más calor.

 



El desbordamiento térmico es una amenaza importante para la seguridad de las baterías y del vehículo eléctrico en funcionamiento. Un método para evitar las fugas térmicas es el uso de materiales de interfaz térmica (TIM), ya que el material absorbe el calor de las baterías sobrecalentadas.

 

 

Las causas del desbordamiento térmico incluyen:

• Un cortocircuito interno causado por daños físicos en la batería o un mantenimiento deficiente de la misma.
• Sobrecargar una batería por encima de su voltaje máximo de seguridad (para ampliar la distancia que recorrerá un coche eléctrico, por ejemplo), lo que puede dañar permanentemente la batería y provocar un desbordamiento térmico.
• Carga rápida porque la carga rápida puede provocar corrientes excesivas.
• Por último, las temperaturas fuera de la región de seguridad, ya sea en el lado de baja o de alta, degradan el rendimiento de una batería. Esto provoca daños irreversibles en la batería y puede desencadenar la reaction.

 

El desbordamiento térmico es una amenaza importante para la seguridad de las baterías y del vehículo eléctrico en funcionamiento. Uno de los métodos para evitar las fugas térmicas es el uso de materiales de interfaz térmica (TIM), ya que el material absorbe el calor de las baterías sobrecalentadas. Para conseguirlo, los ingenieros de diseño tienen que calcular y aplicar con precisión la cantidad adecuada de la sustancia química TIM seleccionada en los lugares exactos del módulo de la batería y del paquete de baterías. Se trata de una operación en la que el uso de una tecnología puntera de dosificación de fluidos puede evitar el desbordamiento térmico.

 



El uso de una bomba de rotor helicoidal 797PCP-2K para automatizar la dosificación de TIM beneficia a los fabricantes con un proceso preciso y repetible.

 

 

La tecnología EFD de Nordson ayuda a automatizar la dosificación de TIM utilizando las capacidades de dosificación de fluidos de bombas de cavidad progresiva 797PCP-2K. La garantía de calidad que ofrece esta tecnología de fabricación es la dosificación precisa de la cantidad correcta de fluido de forma repetible, lo que es especialmente importante en la dosificación de TIM.

 

4. Para el montaje de módulos y paquetes, reduzca el tiempo de ciclo y aumente la repetibilidad y precisión de la operación de unión de las celdas de la batería a la bandeja de la batería para aumentar el rendimiento de la producción y ahorrar un valioso tiempo de producción.
   
   

Utilizar prácticas de fabricación eficientes es importante para cumplir los objetivos de producción y aumentar el rendimiento de la producción. La forma de pegar las celdas de la batería a la bandeja de la batería puede proporcionar eficiencias de producción mensurables. En el caso de la unión de celdas y bandejas, los fabricantes pueden aprovechar la velocidad y la precisión que ofrece la dosificación sin contacto para reducir los residuos y los rechazos y mejorar el rendimiento.

 



Para la unión de cubetas y bandejas, los fabricantes pueden aprovechar la velocidad y la precisión que ofrece la dosificación sin contacto, lo que incluye una reducción de los residuos, menos rechazos y una mejora del rendimiento.

 

 

Una solución de dosificación sin contacto como la válvula de chorro PICO Pµlse de Nordson EFD puede ser la diferencia entre la unión repetible de las celdas de la batería a la bandeja de la batería, y la lucha contra los frustrantes errores de producción. Gracias a la tecnología de válvula de chorro intercambiable y modular de la solución PICO Pµlse, los fabricantes pueden aplicar microdepósitos precisos y repetibles a 1000 Hz de forma continua, con ráfagas de hasta 1500 Hz.

 

La dispensación repetible de adhesivos con la PICO Pµlse ofrece un valor añadido a los fabricantes de baterías para VE porque les permite utilizar la cantidad justa de fluido para adherirlas a la bandeja sin que se produzcan desbordamientos. Además, las organizaciones pueden reducir los costes de material porque la dispensación precisa de fluido utiliza la cantidad adecuada de adhesivo para la tarea.

 

Las organizaciones no sólo descubren que pueden optimizar la unión de las celdas de la batería a la bandeja de la batería, sino que también pueden reducir los tiempos de ciclo. Las zonas de dispensación de difícil acceso, como las complejas estructuras de nido de abeja que se encuentran en muchos módulos de baterías, pueden suponer un reto para el pegado y la dispensación, pero las válvulas de chorro combinadas con el sistema de dispensación automatizado adecuado proporcionan la flexibilidad necesaria para aplicar fluidos y adhesivos en casi cualquier geometría de bandeja de batería.

 

5. En todas las áreas de fabricación, hay que ser flexible en los métodos de producción para adaptarse a las nuevas tecnologías y químicas de las baterías.
   
   

En la actualidad, las baterías de iones de litio son la tecnología energética predominante en los vehículos eléctricos. Pero la naturaleza dinámica de las fuerzas del mercado y la tecnología disruptiva es tal que los fabricantes de baterías inteligentes no pierden de vista las químicas emergentes. Entre ellas se encuentran las baterías de estado sólido y las pilas de combustible.

 



La familia de empresas Nordson ofrece soluciones para cada fase de la fabricación de baterías de vehículos eléctricos: Las tecnologías de dosificación de fluidos de Nordson EFD ayudan a los fabricantes a prepararse para el futuro a medida que se desarrollan nuevas químicas de baterías, ya que nuestras tecnologías se utilizan para fabricar cada tipo de geometría de celda.

 

 

Los fabricantes que utilizan las tecnologías de dosificación de fluidos de Nordson EFD se encuentran en una posición privilegiada a medida que las tecnologías de baterías prevalecientes evolucionan hacia cualquiera de estas configuraciones, ya que nuestras soluciones de dosificación se utilizan para fabricar varios tipos de geometría de celdas. Además, Nordson EFD y la familia de empresas Nordson participan activamente en la investigación de la próxima generación de innovaciones en baterías, como diferentes químicas y tecnologías de celdas.

 

Mientras que la tecnología de las baterías puede evolucionar, su inversión en tecnología de dosificación de fluidos está preparada para moverse con los cambios en su proceso de fabricación, ya que tiene la flexibilidad de construir diferentes químicas, geometrías y tecnologías de celdas.

Conclusión

A medida que el mundo adopta las baterías de los vehículos eléctricos como la fuente de energía del futuro, los fabricantes inteligentes hacen bien en analizar los sistemas que utilizan para construir las baterías para las necesidades de transporte del mañana. Los fabricantes inteligentes entienden que centrarse en estas cinco tareas ofrece un fuerte retorno de la inversión en un panorama de fabricación que cambia rápidamente:

1. Para la fabricación de células, alinee con precisión los componentes clave para mejorar el rendimiento general y la vida útil de la batería.
   
   
2. Para la fabricación de células, garantice un llenado preciso del electrolito para el rendimiento general y la estabilidad de la célula.
   
   
3. Para el montaje de módulos y paquetes, utilice un método de dispensación de material de interfaz térmica (TIM) controlado y automatizado para evitar el desbordamiento térmico, que es fundamental para la seguridad general del paquete de baterías.
   
   
4. Para el montaje de módulos y paquetes, reduzca el tiempo de ciclo y aumente la repetibilidad y precisión de la operación de unión de las celdas de la batería a la bandeja de la batería para aumentar el rendimiento de la producción y ahorrar un valioso tiempo de producción.
   
   
5. En todas las áreas de fabricación, hay que ser flexible en los métodos de producción para adaptarse a las nuevas tecnologías y químicas de las baterías.
   
   

Al centrarse en estas áreas de su proceso de producción, su organización fabricará baterías de alto rendimiento con un ciclo de vida largo al tiempo que maximiza el rendimiento de la producción. Además, su empresa tendrá la flexibilidad y la competencia técnica necesarias para dominar el cambio a medida que se desarrolle la revolución de la energía eléctrica.

Como siempre, un especialista en aplicaciones de dosificación de fluidos con experiencia puede ayudarle a encontrar la mejor solución de dosificación posible para su aplicación de baterías de vehículos eléctricos. No dude en enviarnos un correo electrónico a [email protected] para obtener más información.

Recursos

Aplicaciones para la industria del vehículo eléctrico

Capacidades de fabricación de celdas de batería de Nordson

Battery Show Europe 23-25 de mayo de 2023 Stuttgart, Alemania

ⁱPaoli, Leonardo. Electric Vehicles – Analysis - IEA. International Energy Agency (IEA). IEA Electric Vehicles, Technology Deep Dive. Tracking Report – September 2022.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller, Global Market Development Manager, es responsable del desarrollo del mercado global en Nordson EFD. Sus actividades se centran en la consolidación y el desarrollo de las oportunidades para EFD en los sectores de los vehículos eléctricos y las ciencias de la vida, especialmente en los mercados de las baterías para vehículos eléctricos y dispositivos de diagnóstico médico. Muge cuenta con más de 13 años de experiencia en gestión de productos y mercados. Se incorporó a Nordson EFD en 2018.