La pulizia nella produzione delle batterie utilizzate nella mobilità elettrica e nei sistemi di accumulo di energia a batteria è essenziale per garantire la realizzazione di prodotti di alta qualità che siano sicuri, affidabili ed efficienti. Inoltre, con la tendenza globale verso l’elettrificazione, la scarsità di materie prime ha posto l’accento sull’importanza di ottenere rese di processo elevate.
La contaminazione nel processo di produzione può comportare prestazioni insufficienti del modulo. Ciò include una densità di carica inadeguata, una durata utile ridotta e, in casi estremi, il runaway termico.
I moduli delle batterie devono inoltre essere durevoli e funzionare in condizioni climatiche estreme. Devono essere strutturalmente solidi per evitare guasti catastrofici in caso di incidente. Gli agenti contaminanti possono causare una riduzione dell’adesione, saldature difettose o l’impossibilità di garantire una tenuta ambientale completa.
Le fonti di contaminazione possono essere diverse e includono oli e grassi residui delle fasi di produzione precedenti, contaminazione dovuta a imballaggio e spedizione inadeguati delle singole celle da parte di un fornitore o particelle derivanti dalle stesse fasi di assemblaggio.
Cosa bisogna pulire?
Per la produzione di moduli batteria, alcune delle applicazioni più comuni includono:
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- Pulizia degli ossidi dal catodo e dall'anodo della batteria, nonché dalle barre collettrici, al fine di migliorare la saldabilità e la conduzione della corrente.
- Pulizia dell'involucro e dell'alloggiamento per rimuovere oli e residui prima della sigillatura, al fine di migliorare la protezione contro l'ingresso di agenti esterni.
- Pulizia prima della saldatura del chiodo di tenuta per la produzione di celle.
- Nelle celle prismatiche, pulizia e attivazione delle pareti laterali delle celle per migliorare l'adesione degli isolanti elettrici e termici.
- Pulizia delle linguette di contatto / dei collettori di corrente per migliorare la conduttività elettrica.
- Pulizia delle superfici di incollaggio per i sensori di monitoraggio termico nel modulo batteria.
- Pulizia delle superfici degli scambiatori di calore presenti sui componenti elettrici del sistema di gestione della batteria (BMS).
- Pulizia delle superfici per l'applicazione di etichette.
- Pulizia della superficie in vista dell'installazione della piastra di raffreddamento (o di riscaldamento) sul modulo della batteria.
- Pulizia delle superfici di contatto tra i moduli e l'alloggiamento del pacco batterie per garantire una corretta dissipazione del calore.
Quanto deve essere pulito?
Per rispondere a queste preoccupazioni, i produttori di batterie per autoveicoli hanno adottato la norma ISO 16232 come standard internazionale per la valutazione della pulizia, mentre molti produttori adottano le norme VDA 19.1 e VDA 19.2 dell’Associazione tedesca dell’industria automobilistica (VDA), che sono più dettagliate. La norma VDA 19.1 rappresenta la prassi standard per il collaudo e la misurazione della contaminazione, mentre la norma VDA 19.2 si concentra sui processi di produzione e assemblaggio finalizzati a prevenire la contaminazione.
L'obiettivo tecnico della pulizia è quello di pulire quanto basta, senza eccedere; di pulire quanto è necessario, non il più possibile.
Valutazione della pulizia: Pergarantire il successo nell’attuazione delle pratiche e delle procedure di pulizia, i produttori valuteranno diversi fattori che influenzano il processo di produzione, tra cui:
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- Ambiente
- Logistica e imballaggio
- Personale
- Processi e dispositivi di assemblaggio
Valutazione ambientale:la valutazione ambientalepuò comprendere l’installazione di filtri per particelle in tutto lo spazio di produzione, al fine di raccogliere e analizzare la contaminazione ambientale e individuare i punti critici localizzati su cui intervenire con misure correttive.
Logistica e imballaggio:anche la logisticae l’imballaggio possono rappresentare un fattore di rischio, ad esempio a causa della presenza di scaglie di cartone e della polvere generata durante il trasporto. Inoltre, i componenti stessi potrebbero essere sporchi se provengono da fornitori con controlli di qualità o metodi di pulizia inadeguati.
Apparecchiature di processo:le apparecchiature di processostesse possono rilasciare particelle a causa delle vibrazioni o dell’usura dei componenti. I residui di lubrificanti, grassi e fluidi di raffreddamento utilizzati nelle macchine utensili possono contaminare i componenti lavorati; inoltre, potrebbero essere presenti sostanze chimiche quali agenti distaccanti.
Progettazione orientata alla pulizia: sin dalle prime fasidel processo è necessario tenere conto dei requisiti di pulizia, in modo da consentire una progettazione modulare orientata al mantenimento della pulizia. È possibile eliminare facilmente dal progetto elementi quali, ad esempio, gli angoli e le fessure in cui potrebbero accumularsi temporaneamente i trucioli derivanti dal processo di lavorazione.
Formazione del personale: la formazionedel personale in materia di pulizia può contribuire in modo significativo al miglioramento della qualità. Tale formazione riguarderebbe sia gli standard per i fornitori, sia l’allineamento agli standard per il cliente finale, sia la conformità alle norme VDA 19 / ISO 1632.
La formazione sarà incentrata principalmente sugli operai di stabilimento incaricati della movimentazione dei materiali e delle operazioni di assemblaggio. I dipendenti devono essere informati e sensibilizzati sul concetto di pulizia tecnica.
Spesso i produttori ricorrono all’automazione per eliminare la variabilità insita nei processi manuali.
Valutazione della pulizia in produzione:
L'ispezione e la valutazione delle attrezzature di produzione sono fondamentali. Le attrezzature, in particolare i componenti che entrano in contatto con i pezzi in lavorazione, devono essere sottoposte a una valutazione pratica, per individuare eventuali punti deboli e adottare le misure correttive necessarie.
Un addetto ispeziona le trappole di campionamento per verificare la presenza di contaminazione
Determinazione dei limiti e definizione delle specifiche
Una volta identificate le fonti di contaminazione, è possibile procedere alla definizione dei limiti utilizzando metodi statistici e le linee guida del cliente per stabilire specifiche quali il livello di pulizia tecnica, le attrezzature di ispezione adeguate, la metodologia e le procedure.
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- Definizione dei requisiti necessari sulla base delle norme e delle specifiche specifiche del cliente
- Descrizione del metodo e dei parametri
- Sviluppo del processo
Ottenere componenti puliti
Sebbene sia possibile monitorare e misurare il grado di pulizia, alla fine le particelle e le sostanze organiche finiranno comunque nella linea di produzione e la pulizia dei componenti è fondamentale per raggiungere livelli di qualità elevati. Sono disponibili tecnologie quali l’uso di abrasivi, la sabbiatura con ghiaccio secco e i processi chimici, ma non sono particolarmente adatte alle operazioni di produzione in linea ad alto volume.
È proprio in questo ambito che la lavorazione laser può affermarsi come soluzione economica e rispettosa dell’ambiente. Tra le applicazioni più comuni della pulizia laser figurano:
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- Pulizia di contaminanti come ruggine, olio e depositi da combustione
- Sverniciatura di rivestimenti come vernici, e-coat, ceramiche e ossidi
- Aumentare l'incollaggio preparando le superfici per la saldatura, l'incollaggio, la verniciatura e il rivestimento.
- Aumentare l'adesione mediante pulizia preliminare o irruvidimento della superficie.
- Aumento della durata del rivestimento grazie alla pre-pulizia prima dell'applicazione dei rivestimenti per parti
In sintesi, la realizzazione di prodotti di alta qualità che siano sicuri, affidabili ed efficienti richiede l'utilizzo di materiali puliti. Comprendere le fonti di contaminazione, stabilire i limiti di contaminazione e concentrarsi sull'obiettivo di pulire quanto basta, senza eccedere; ovvero, pulire quanto necessario, non il più possibile, può portare alla produzione di prodotti di qualità superiore, riducendo al contempo gli scarti e le rilavorazioni.
Che si tratti di saldatura, incollaggio o rimozione di rivestimenti, i processi laser rappresentano una soluzione ideale e facile da integrare nella produzione su larga scala. Offrono:
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- Un processo senza contatto che si caratterizza per un’elevata flessibilità, selettività e precisione, consentendo al laser di pulire solo l’area desiderata ed eliminare fasi come la mascheratura.
- Processo ad alta velocità; a seconda dei contaminanti da rimuovere, i laser sono in grado di pulire centinaia di pollici quadrati al secondo.
- Sicura e sostenibile, la pulizia laser elimina la necessità di ricorrere ad abrasivi o solventi chimici, evitando così la manipolazione e lo smaltimento di abrasivi o sostanze chimiche usate.
- Facile da automatizzare e integrare nell'ambiente di produzione.
Il risultato sono processi di produzione altamente ripetibili che migliorano la qualità dei prodotti e i rendimenti produttivi, pur essendo rispettosi dell'ambiente.
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