Studium przypadku: Produkcja akumulatorów litowo-jonowych

Producent akumulatorów litowo-jonowych potrzebował rozwiązania pozwalającego na zalewanie ogniw, które spełniałoby wymagania branżowe z zakresu zapobiegania niekontrolowanym zmianom i propagacji temperatury w przypadku stosowanych przez niego modułów z cylindrycznymi ogniwami akumulatorowymi. Producent borykał się z problemem określenia odpowiednich punktów wtrysku, parametrów dozowania, a także wpływu skomplikowanej dynamiki płynów. Poza wyzwaniami projektowymi, producent musiał także zmierzyć się z kluczową kwestią związaną z datą wprowadzenia produktu na rynek, dlatego też potrzebował gotowego procesu produkcyjnego, umożliwiającego zaplanowanie swojej linii produkcyjnej.

Konstrukcja każdego ogniwa cylindrycznego ma unikalne cechy, a także wymagania mogące wpływać na natężenia przepływu oraz punkty dozowania wtryskowego, pozwalające na równomierne dozowanie odpowiednich ilości materiału w obrębie modułów. W przypadku tego projektu konieczne było stawienie czoła następującym wyzwaniom: 

• Brak możliwości zmiany konstrukcji akumulatora na tak późnym etapie produkcyjnym
• Konieczność dozowania od górnej części modułu akumulatorowego, z ewentualną możliwością wtryskiwania bocznego.
• Ogniwa akumulatora znajdowały się bardzo blisko siebie, co oznaczało bardzo niewielkie odległości pomiędzy nimi, a to z kolei wpływało na dodatkowe ograniczenie przepływu.
• Dostęp pianki do modułu akumulatora od góry był mocno ograniczony.
• Czas trwania procesu miał kluczowe znaczenie dla działań klienta.

Nasz zespół inżynierów ds. zastosowań podjął bezpośrednią współpracę z zespołem projektowym producenta akumulatorów oraz dostawcą materiałów w celu opracowania rozwiązania procesowego spełniającego wymagania w zakresie wydajności operacyjnej, jakości produktu i powtarzalności zastosowania materiałów. Dzięki naszemu laboratorium rozwojowemu, zespołowi ekspertów ds. aplikacji oraz współpracy z dostawcą materiałów przeprowadziliśmy odpowiednie próby mające na celu określenie optymalnej metody aplikacji, definiującej natężenie przepływu, techniki aplikacji oraz punkty dozowania dla końcowego procesu produkcyjnego.

Testowanie materiałów  – mając na uwadze możliwość określenia optymalnego rodzaju pianki oraz wymogów dotyczących sprzętu, przeprowadzono szczegółowe badania nad proporcjami i powtarzalnością procesu. 

Specyfikacja sprzętu  – na podstawie wcześniejszych prób przeprowadzonych dla podobnych zastosowań oraz opartych na dokonanej przez nas ocenie materiału określiliśmy idealną kombinację sprzętu w kontekście aplikacji docelowej.

Próby aplikacji  – korzystając z prototypowych modeli i modułów dostarczonych przez producenta akumulatorów, dokonaliśmy oceny i walidacji proponowanej specyfikacji procesu. 

WYNIKI

• Wypełnianie z wykorzystaniem & wysokiej jakości pianki:  Zawór mieszający Voltex przeznaczony do mieszania dynamicznego oraz system dozowania EFR Meter Mix Dispense System zapewniły możliwość dokładnego mieszania panki, jej równomiernego rozprowadzania w obrębie całego modułu oraz powtarzalność wtryskiwania, której wymagał proces produkcyjny klienta.  
• Zoptymalizowane dozowanie:   na podstawie przeprowadzonych prób laboratoryjnych określiliśmy odpowiednie parametry mieszania, natężenia przepływu, a także punkty dozowania wtryskowego, pozwalające na precyzyjne i równomierne dozowanie odpowiednich ilości materiału w obrębie modułu. 
• Krótszy czas trwania procesu:  dzięki modelowaniu oraz próbom dozowania zoptymalizowaliśmy wzór ruchu, co pozwoliło nam uzyskać jeszcze krótszy czas trwania procesu.

The new cylindrical cell module design moved into production with a battery cell encapsulation process ready to bring in these results:

• Quality foam and fill: The Voltex Dynamic Mix Valve and Electric Fixed Ratio (EFR) Metering System provide thoroughly mixed form, even distribution throughout the module, and shot repeatability.
• Optimized dispense: With the proper mixing parameters, flow rates, and dispense injection points, an accurate amount of material is evenly dispensed into each module.
• Rapid process time: The modeling and dispense trials helped optimized the motion pattern to reduce the required  processing time.