La propreté dans la fabrication des batteries utilisées dans la mobilité électrique et les systèmes de stockage d’énergie par batterie est essentielle pour garantir la fabrication de produits de haute qualité, sûrs, fiables et efficaces. De plus, dans un contexte mondial marqué par la tendance à l’électrification, la rareté des matières premières a mis l’accent sur l’importance d’obtenir des rendements élevés dans les processus de fabrication.
La contamination au cours du processus de fabrication peut entraîner une baisse des performances du module. Cela inclut une densité de charge insuffisante, une durée de vie utile réduite et, dans les cas extrêmes, un emballement thermique.
Les modules de batterie doivent également être durables et fonctionner dans des conditions climatiques difficiles. Ils doivent présenter une structure solide pour éviter toute défaillance catastrophique en cas d’accident. Les contaminants peuvent entraîner une adhérence réduite, des soudures défectueuses ou l’impossibilité d’assurer une étanchéité totale.
Les sources de contamination peuvent être variées et comprennent les huiles et graisses résiduelles issues des étapes de fabrication précédentes, la contamination due à un conditionnement et un transport inadéquats des cellules individuelles provenant d’un fournisseur, ou encore les particules générées par les étapes d’assemblage elles-mêmes.
Qu'est-ce qui doit être nettoyé ?
Dans le domaine de la fabrication de modules de batterie, voici quelques-unes des applications courantes :
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- Nettoyage des oxydes présents sur la cathode et l'anode de la batterie ainsi que sur les barres omnibus afin d'améliorer la soudabilité et la circulation du courant.
- Nettoyage du boîtier et de l'enveloppe afin d'éliminer les huiles et les résidus avant le scellage, ce qui améliore la protection contre les infiltrations extérieures.
- Nettoyage avant le soudage des clous d'étanchéité destinés à la fabrication de cellules.
- Dans les cellules prismatiques, nettoyage et activation des parois des cellules afin d'améliorer l'adhérence des isolants électriques et thermiques.
- Nettoyage des languettes de contact / collecteurs de courant pour améliorer la conductivité électrique.
- Nettoyage des surfaces de collage destinées aux capteurs de surveillance thermique dans le module de batterie.
- Nettoyage des surfaces des échangeurs thermiques des composants électriques du système de gestion de batterie (BMS).
- Nettoyage des surfaces pour les applications d'étiquetage.
- Nettoyage de la surface en vue de l'installation de la plaque de refroidissement (ou de chauffage) sur le module de batterie.
- Nettoyage des surfaces de contact entre les modules et le boîtier du bloc-batterie afin d'assurer une bonne dissipation thermique.
Quel doit être le niveau de propreté requis ?
Pour répondre à ces préoccupations, les fabricants de batteries automobiles ont adopté la norme ISO 16232 comme référence internationale pour évaluer la propreté, tandis que de nombreux fabricants se réfèrent aux normes VDA 19.1 et VDA 19.2 de l’Association allemande de l’industrie automobile (VDA), qui sont plus détaillées. La norme VDA 19.1 constitue la pratique courante en matière de tests et de mesure de la contamination, tandis que la norme VDA 19.2 se concentre sur les processus de fabrication et d’assemblage visant à prévenir la contamination.
L'objectif technique du nettoyage est de nettoyer autant que nécessaire, sans aller au-delà ; d'obtenir un niveau de propreté suffisant, et non le plus élevé possible.
Évaluation de la propreté : Pourgarantir la mise en œuvre réussie des pratiques et procédures de nettoyage, les fabricants évalueront plusieurs facteurs influant sur le processus de fabrication, notamment :
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- Environnement
- Logistique et emballage
- Personnel
- Procédés et équipements d'assemblage
Évaluation environnementale :L'évaluation environnementalepeut inclure l'installation de filtres à particules dans l'ensemble de l'espace de fabrication afin de collecter et d'analyser la contamination environnementale et d'identifier les points chauds localisés en vue de la mise en œuvre de mesures correctives.
Logistique et conditionnement : La logistiqueet le conditionnement peuvent également jouer un rôle, notamment en raison de la présence de particules de carton et de poussière générées pendant le transport. Les pièces elles-mêmes peuvent également être sales si les fournisseurs appliquent un contrôle qualité insuffisant ou utilisent des méthodes de nettoyage inadéquates.
Équipements de production :Les équipements de productioneux-mêmes peuvent libérer des particules en raison des vibrations ou de l'usure de certains composants. Les résidus de lubrifiants, de graisses et de liquides de refroidissement utilisés dans les machines-outils peuvent contaminer les pièces usinées ; il peut également y avoir des substances chimiques, telles que des agents de démoulage.
Conception axée sur la propreté : Dès les premières étapesdu processus, il convient de prendre en compte les exigences de propreté afin de concevoir un module permettant une conception axée sur la propreté. Certaines précautions, comme par exemple éviter les recoins et les fissures susceptibles de retenir temporairement des copeaux issus d'un processus d'usinage, peuvent facilement être intégrées dès la conception.
Formation du personnel : La formationdu personnel en matière d'hygiène peut contribuer de manière significative à l'amélioration de la qualité. Cette formation porterait à la fois sur les normes applicables aux fournisseurs, sur l'alignement avec les normes du client final et sur la conformité à la norme VDA 19 / ISO 1632.
La formation serait principalement axée sur les ouvriers d'usine chargés de la manutention des matériaux et des tâches d'assemblage. Les employés doivent être informés et sensibilisés au concept de propreté technique.
Souvent, les fabricants se tournent vers l'automatisation pour éliminer la variabilité inhérente aux processus manuels.
Évaluation de la propreté en production :
L'inspection et l'évaluation des équipements de production sont essentielles. Les équipements, en particulier les composants qui entrent en contact avec les pièces à usiner, doivent faire l'objet d'une évaluation concrète, afin d'identifier les points faibles potentiels et de mettre en œuvre les mesures correctives nécessaires.
Un employé inspecte des pièges à échantillons pour détecter toute contamination
Détermination des limites et élaboration des spécifications
Une fois les sources de contamination identifiées, la détermination des limites peut être effectuée à l'aide de méthodes statistiques et des directives du client afin d'établir des spécifications telles que le niveau de propreté technique, les équipements d'inspection appropriés, la méthodologie et les procédures.
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- Détermination des exigences requises à partir des normes et spécifications propres au client
- Spécification de la méthode et des paramètres
- Élaboration du processus
Obtenir des pièces propres
Même s'il est possible de surveiller et de mesurer le niveau de propreté, les particules et les matières organiques finissent inévitablement par pénétrer dans la chaîne de production ; le nettoyage des pièces est donc indispensable pour atteindre des niveaux de qualité élevés. Il existe certes des technologies telles que les agents abrasifs, le nettoyage à la glace carbonique et les procédés chimiques, mais celles-ci ne sont pas particulièrement adaptées aux opérations de production en ligne à grand volume.
C'est dans ce domaine que le traitement au laser peut s'imposer comme une solution économique et respectueuse de l'environnement. Parmi les applications courantes du nettoyage au laser, on peut citer :
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- Nettoyage des contaminants tels que la rouille, l'huile et les dépôts de combustion
- Décapage de revêtements tels que la peinture, l'e-coat, la céramique et les oxydes
- Améliorer l'adhérence en préparant les surfaces pour le soudage, le collage, la peinture et le revêtement
- Amélioration de l'adhérence grâce à un nettoyage préalable ou à la texturation de la surface.
- Augmentation de la durée de vie des revêtements grâce à un pré-nettoyage avant l'application des revêtements de pièces
En résumé, la fabrication de produits de haute qualité, sûrs, fiables et performants nécessite des matériaux propres. Comprendre les sources de contamination, fixer des limites de contamination et se concentrer sur l'objectif d'un nettoyage suffisant, sans excès — aussi propre que nécessaire, et non aussi propre que possible — permet d'obtenir des produits de meilleure qualité tout en réduisant les rebuts et les retouches.
Qu'il s'agisse de soudage, de collage ou de décapage de revêtements, les procédés laser constituent une solution idéale, facile à intégrer dans la production à grande échelle. Ils offrent :
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- Un procédé sans contact, à la fois très flexible, très sélectif et précis, qui permet au laser de nettoyer uniquement la zone souhaitée et d'éliminer certaines étapes, comme le masquage.
- Procédé ultra-rapide ; selon les contaminants à éliminer, les lasers peuvent nettoyer des centaines de pouces carrés par seconde.
- Sûr et durable, le nettoyage au laser permet de se passer d'abrasifs ou de solvants chimiques, ce qui évite la manipulation et l'élimination des abrasifs ou produits chimiques usagés.
- Facile à automatiser et à intégrer dans l'atelier de production.
Il en résulte des processus de fabrication hautement reproductibles qui améliorent la qualité des produits et les rendements de production, tout en respectant l'environnement.
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