E-モビリティやバッテリーエネルギー貯蔵システムに使用されるバッテリーの製造において、清潔さを保つことは、安全で信頼性が高く、効率的な高品質製品の製造を確保するために不可欠です。さらに、世界的な電動化の潮流の中で、原材料の不足により、高いプロセス歩留まりが重視されるようになっています。
製造工程での汚染は、モジュールの性能低下を招く可能性があります。これには、充電密度の低下、耐用年数の短縮、そして極端な場合には熱暴走などが含まれます。
また、バッテリーモジュールは耐久性に優れ、過酷な気候条件下でも性能を発揮する必要があります。衝突事故の際に致命的な故障を避けるため、構造的に堅牢であることも求められます。汚染物質の存在は、接合強度の低下、溶接不良、あるいは完全な環境密閉性の確保に支障をきたす原因となります。
汚染源は多岐にわたり、前の製造工程で残った油やグリース、サプライヤーからの個々のセルの梱包や輸送時の不備による汚染、あるいは組み立て工程そのもので発生する粒子などが含まれます。
何を掃除すべきか？
バッテリーモジュールの製造において、一般的な用途には次のようなものがあります：
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- バッテリーの陰極および陽極、ならびにバスバーから酸化物を除去し、溶接性と電流の流れを改善する。
- 密閉処理の前に、ケースや筐体の油分や残留物を除去するための洗浄を行い、これにより環境からの侵入に対する保護性能を向上させます。
- 電池製造用のシールネイルを溶接する前に洗浄を行う。
- プリズム型セルにおいて、電気・熱絶縁体の密着性を高めるため、セルの側面の洗浄および活性化を行う。
- 導電性を向上させるための接点タブ／集電部の清掃。
- バッテリーモジュール内の温度監視用センサーの接合面の洗浄。
- バッテリー管理システム（BMS）の電気部品に搭載された熱交換器の表面の洗浄。
- ラベル貼付作業のための表面洗浄。
- バッテリーモジュールの冷却（または加熱）プレートへの取り付けに向けた表面洗浄。
- 適切な放熱を確保するため、モジュールとバッテリーパック筐体との接触面の清掃を行う。
どの程度きれいにする必要があるのでしょうか？
こうした懸念に対処するため、自動車用バッテリーメーカー各社は、清浄度を評価するための国際規格としてISO 16232を採用しているほか、多くのメーカーが、より詳細な規格であるドイツ自動車工業会（VDA）のVDA 19.1およびVDA 19.2を採用している。VDA 19.1は汚染の試験および測定に関する標準的な手法であるのに対し、VDA 19.2は汚染を防止するための製造および組立プロセスに焦点を当てた規格である。
清掃における技術的な目標は、「必要に応じてできるだけきれいにし、必要以上にきれいにしすぎないこと」であり、「可能な限りきれいにするのではなく、必要なだけきれいにすること」である。
清浄度の評価：清掃の慣行や手順を適切に実施するためには、製造業者は製造プロセスにおける以下の要因を含むいくつかの影響要因を評価する必要があります。
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- 環境
- 物流・梱包
- 人事
- プロセスおよび組立装置
環境評価：環境評価には、製造エリア全体に粒子捕集装置を設置し、環境汚染物質を収集・分析して、是正措置を講じるべき局所的なホットスポットを特定することが含まれる場合があります。
物流および梱包：物流や梱包も要因となり得ます。例えば、輸送中に段ボールから破片が剥がれ落ちたり、粉塵が発生したりすることが挙げられます。また、品質管理や洗浄方法が不十分なサプライヤーから供給された部品自体が、汚れが付着している場合もあります。
プロセス機器：プロセス機器自体から、振動や部品の摩耗によって粒子が放出されることがあります。工作機械で使用された潤滑油、グリース、冷却液の残留物が、加工された部品を汚染したり、離型剤などの化学物質が付着したりする場合があります。
清浄性を考慮した設計：設計プロセスの初期段階から清浄性を考慮し、清浄性を重視したモジュール設計を可能にする必要があります。例えば、機械加工工程で発生した切削くずが一時的に溜まりやすい隅や隙間を避けるといった配慮は、設計段階で容易に解消することができます。
従業員研修：従業員に対して清潔さに関する研修を行うことは、品質向上に大きく寄与します。この研修では、サプライヤー向けの基準に加え、最終顧客の基準やVDA 19／ISO 1632にも準拠するよう指導を行います。
研修は、資材の取り扱いおよび組立作業を行う工場従業員に重点を置いて実施される予定です。従業員には、技術的清浄度の概念について理解を深め、意識を高める必要があります。
多くの場合、メーカーは手作業のプロセスに付きもののばらつきを解消するために、自動化に目を向けています。
製造工程の清浄度評価：
生産設備の点検と評価は不可欠です。設備、特にワークピースと接触する部品については、実地での評価を行い、潜在的な弱点を特定し、是正措置を講じる必要があります。
作業員がサンプルトラップの汚染の有無を点検している
許容値の決定と仕様書の作成
汚染源が特定されたら、統計的手法や顧客のガイドラインを用いて許容限界を決定し、技術的清浄度レベル、適切な検査機器、検査方法および手順といった仕様を策定することができます。
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- 顧客固有の規格および仕様書に基づく必要要件の特定
- 手法およびパラメータの仕様
- プロセスの開発
クリーンな部品の確保
清浄度を監視・測定することは可能かもしれませんが、結局のところ、微粒子や有機物が生産ラインに混入してしまうため、高品質を実現するには部品の洗浄が不可欠です。研磨媒体、ドライアイスブラスト、化学処理などの技術は存在しますが、大量生産のインライン工程には特に適しているとは言えません。
まさにここで、レーザー加工は経済的かつ環境に優しいソリューションとしてその真価を発揮します。レーザー洗浄の一般的な用途には、次のようなものがあります：
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- 錆、油、燃焼沈殿物などの汚染物質の洗浄
- 塗料、eコート、セラミック、酸化物などのコーティングの剥離
- 溶接、接着、塗装、コーティングのために表面を準備することにより、接合性を高める。
- 接着前の洗浄や表面のテクスチャ加工により、接着力を高める。
- コーティング前の前洗浄によるコーティング寿命の延長
要約すると、安全で信頼性が高く、効率的な高品質な製品を製造するには、清浄な原材料が必要です。汚染源を把握し、汚染許容限度を設定するとともに、「必要以上に洗浄せず、必要な範囲で洗浄する」という方針、すなわち「可能な限りではなく、必要な範囲で清浄にする」ことに注力することで、不良品や手直しを削減しつつ、より高品質な製品の生産が可能となります。
溶接、接着、あるいはコーティングの剥離など、どのような用途においても、レーザー加工は大量生産ラインへの導入が容易な理想的なソリューションです。その特長は以下の通りです：
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- 柔軟性、選択性、精度に優れた非接触プロセスであり、レーザーで対象となる領域のみを洗浄できるため、マスキングなどの工程を省くことができます。
- 高速な処理：除去対象の汚染物質にもよりますが、レーザーを使用すれば1秒あたり数百平方インチの面積を洗浄することができます。
- 安全かつ持続可能なレーザー洗浄は、研磨剤や化学溶剤を必要としないため、使用済みの研磨剤や化学物質の取り扱いおよび廃棄が不要になります。
- 自動化や生産現場への統合が容易です。
その結果、製品の品質と生産歩留まりを向上させると同時に、環境に配慮した、再現性の高い製造プロセスが実現されます。
レーザソリューションの開始
当社のレーザー洗浄の専門家にご相談いただき、バッテリーの品質、信頼性、生産効率を向上させる最適なシステムの選定を始めましょう。
