Produkcja akumulatorów do pojazdów elektrycznych

Branża motoryzacyjna szykuje się na przyszłość zdominowaną przez pojazdy elektryczne. Spotkaliśmy się z ekspertem B&R ds. elektromobilności, Ronnym Guberem, aby dowiedzieć się, jak ważną rolę w tej przyszłości będą odgrywać akumulatory i jakie problemy w zakresie automatyzacji będą musieli rozwiązać producenci samochodów i ich dostawcy, chcąc odnaleźć się w nowej rzeczywistości.

Widok pojazdów elektrycznych na drogach szybko staje się codziennością. Czy właściwe jest stwierdzenie, że trend wzrostowy elektromobilności jest nieodwracalny?

Ronny Guber: Oczywiście. Udział pojazdów elektrycznych w rynku nadal rósł wykładniczo, nawet podczas globalnego spadku ogólnej sprzedaży samochodów spowodowanego pandemią. Obecne prognozy przewidują, że do 2036 r. elektryczne pojazdy osobowe wyprzedzą pojazdy z silnikami spalinowymi i będą stanowiły większość wszystkich sprzedawanych na świecie samochodów.

Obecne prognozy przewidują, że do 2036 r. elektryczne pojazdy osobowe wyprzedzą pojazdy z silnikami spalinowymi (ICE) i będą stanowiły większość sprzedawanych na świecie nowych samochodów.

Co napędza ten trend?

Guber: Z jednej strony, rządy pomagają w katalizowaniu przemian, stosując kary i zachęty. Z drugiej strony, konsumenci są coraz bardziej zmotywowani do działania zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Dla wielu osób decyzja o wyborze samochodu elektrycznego zależy od dwóch czynników: ceny i zasięgu. Innymi słowy: O ile więcej muszę zapłacić za samochód elektryczny niż za konwencjonalny i jak daleko mogę nim pojechać, zanim będę musiał się zatrzymać i naładować. Są to dwa obszary, w których akumulatory odgrywają decydującą rolę.

W jaki sposób?

Guber: Akumulatory stanowią około jednej trzeciej kosztów pojazdów elektrycznych, zatem ich efektywna produkcja będzie miała kluczowe znaczenie dla osiągnięcia poziomu cenowego, który będzie odpowiadał większej liczbie konsumentów. A jeśli chodzi o zasięg, to jest on ściśle związany z technologią akumulatorów i jakością produkcji. Producenci samochodów i ich dostawcy muszą szybko wprowadzić na rynek najnowsze technologie produkcji akumulatorów w dużej skali. Akumulatory są przy tym bardziej wrażliwe na przekroczenia tolerancji produkcyjnych i zanieczyszczenia niż tradycyjne części samochodowe, dlatego wymagają specjalnej technologii produkcji i stuprocentowej kontroli jakości, aby każde ogniwo działało jak najlepiej.

Akumulatory mają decydujący wpływ na cenę i zasięg pojazdów elektrycznych – dwa czynniki mające największe znaczenie dla wielu konsumentów.

Gdy zatem ceny spadają, a zasięg rośnie możemy spodziewać się wzrostu popytu. Czy produkcja akumulatorów będzie w stanie nadążyć?

Guber: To dobre pytanie – a odpowiedź w bardzo dużym stopniu sprowadza się do stopnia zautomatyzowania fabryk. Aby osiągnąć niezbędną wydajność i efektywność kosztową, akumulatory na ich taśmach produkcyjnych muszą mknąć jak po superszybkiej autostradzie.

Jak ma wyglądać taka superautostrada z akumulatorami?

Guber: Jednym z głównych zadań technologii automatyzacji będzie wyeliminowanie ruchu przerywanego pomiędzy stacjami przetwarzania. Dzięki dzisiejszym inteligentnym systemom typu track produkcja może przebiegać w sposób ciągły z dużą prędkością, podczas gdy etapy przetwarzania realizowane są w ruchu. Tory mają również wiele innych zalet, na przykład łatwość zwiększania przepustowości. Zamiast instalować nowe linie można po prostu zwiększyć liczbę kluczowych stacji. Uzyskuje się wykładniczy wzrost wydajności przy przyrostowym zwiększeniu powierzchni produkcyjnej.

Jakiego rodzaju wzrostu wydajności można się spodziewać?

Guber: Szczególnie w przypadku produkcji pojedynczych ogniw baterii przed ich złożeniem w moduły obserwujemy redukcję czasu o około 90% dzięki wykonywaniu takich czynności jak nakładanie taśmy i identyfikacja części podczas ruchu. Jest to możliwe w przypadku płynnej synchronizacji pomiędzy systemami track i innymi komponentami automatyki, takimi jak systemy wizyjne. Jesteśmy w stanie odczytać matrycowe kody danych w ciągu 50 milisekund, gdy ogniwa mkną z prędkością 4 metrów na sekundę – bez zewnętrznych wyzwalaczy, świateł czy drogich kamer. Normalnie zajęłoby to dwie pełne sekundy przy zatrzymywaniu produktu, zatem oszczędność czasu wynosi 97,5%. Przekazywanie detali pomiędzy systemami transportowymi, które w przeciwnym razie dla zestawu dziesięciu ogniw trwałoby prawie minutę, może być teraz całkowicie wyeliminowane. Gdy zsumujemy te wszystkie sekundy i pomnożymy przez ilości, o których mówimy – będziemy mieli pojęcie o skali przełomu.

Chodzi o ilość części na minutę?

Guber: Części na minutę, ale także na metr kwadratowy. Możemy zyskać nawet 7-krotny wzrost wydajności na linię, a także możemy zastąpić cztery linie konwencjonalne jedną linią szybką – oznacza to zmniejszenie powierzchni zajmowanej przez urządzenia o 75%. A fabryka, która produkuje z dwu-lub trzykrotnie większą szybkością, to w zasadzie jakby dwie lub trzy fabryki.

Oprócz „zagęszczenia" produkcji, co jeszcze jest ważne?

Guber: Gdy mamy taką fabrykę, która jako całość działa tak, jakby została zaprojektowana jako pojedyncza maszyna – zwłaszcza, gdy naszym celem jak najszybsze zwiększenie produkcji – potrzebujemy wielu współpracujących ze sobą zespołów programistów. Ogromną korzyścią jest zatem posiadanie uniwersalnego środowiska inżynierskiego, które obsługuje rozwój współbieżny. A jeśli programiści są w stanie skonfigurować podstawowe funkcje maszyny za pomocą gotowych komponentów oprogramowania, mogą skoncentrować swój czas i energię na wdrażaniu procesów specyficznych dla produkcji baterii. Narzędzia do testowania opartego na symulacji i wirtualnego uruchomienia pomagają im szybko przejść od projektu koncepcyjnego do wdrożenia zoptymalizowanego systemu – bez ryzyka kosztownych opóźnień związanych z prototypowaniem i pętlami przeprojektowywania.

Wybiegnijmy w przyszłość do czasów, gdy pojazdy elektryczne staną się chlebem powszednim przemysłu motoryzacyjnego: Czy może Pan opisać linię produkcyjną pojazdów elektrycznych przyszłości?

Guber: Przede wszystkim trudno tu mówić o linii jako takiej. Zamiast niej zobaczymy sieci produkcyjne o znacznie większym stopniu autonomii. To w ostatecznym rachunku najlepszy sposób na osiągnięcie ogromnego wzrostu elastyczności i dyspozycyjności. Produkcja pojedynczych ogniw akumulatorowych, ich składanie w pakiety i instalacja tych pakietów w samochodzie będzie skupiona na mniejszej przestrzeni.
Surowce będą dostarczane za pomocą wózków samojezdnych AGV i robotów. Wszystkie dane procesowe będą przesyłane razem we wspólnej sieci. Niezależnie sterowane wózki będą przewozić ogniwa akumulatorowe po idealnie wyznaczonych ścieżkach poprzez sieć produkcyjną i dostarczać je w odpowiedniej kolejności i położeniu tak, aby można je było formować bezpośrednio w różne pakiety akumulatorów wymagane dla różnych pojazdów. Nazywamy to produkcją typu „cell-to-pack" – a nasze rozmowy z producentami samochodów wskazują, że w takim właśnie kierunku zmierzamy.

A jak te pakiety akumulatorów trafią do samochodów?

Guber: Wózki samojezdne AGV będą przewozić pakiety od stacji do stacji, a na koniec do głównej linii montażowej samochodów. Ta komórkowa architektura umożliwia producentom szybkie zatwierdzenie projektu i rozpoczęcie produkcji globalnie z zachowaniem jednolitych standardów jakości, bezpieczeństwa i wydajności. To właśnie w tym kierunku zmierza produkcja pojazdów elektrycznych; B&R, wraz z firmą macierzystą ABB, oferuje technologię i doświadczenie pozwalające już dziś urzeczywistniać tę wizję.

Wygląda na to, że czeka nas ekscytująca przyszłość – dziękujemy za poświęcony czas!