Des solutions d'automatisation taillées pour la production de batteries

La fabrication des composants du groupe motopropulseur électrifié évolue vers une automatisation intégrale, contrastant avec les processus semi-automatisés traditionnellement utilisés pour les moteurs thermiques. Le fournisseur de technologies d'automatisation Festo adapte son catalogue pour répondre aux exigences techniques de l'ensemble de la chaîne de valeur, depuis la fabrication des cellules de batterie jusqu'à l'assemblage des moteurs électriques.

Ce développement accompagne l'augmentation des capacités de production de batteries lithium-ion en Europe, dont la part dans la production mondiale devrait passer de 6 % à environ 25 % d'ici 2030.

Contraintes d'environnement : salles blanches et atmosphères sèches
La production de cellules de batterie impose des conditions environnementales strictes où les composants d'automatisation doivent fonctionner sans altérer les produits chimiques sensibles. Les produits de Festo sont adaptés aux environnements de salles sèches grâce à l'utilisation exclusive de lubrifiants exempts d'eau et de polymères renforcés de fibres de verre ou de carbone pour les pièces soumises à l'abrasion. L'absence d'eau dans les formulations de graisse empêche leur dessèchement prématuré sous l'effet de l'air sec.

De plus, de nombreuses gammes de vérins, vannes, pinces et systèmes de traitement de l'air sont qualifiées pour les salles blanches de classe ISO 7, certaines configurations mécaniques répondant aux exigences des classes supérieures (jusqu'à ISO 4).

Pour éviter de compromettre la qualité de la chimie des cellules, Festo exclut l'utilisation de matériaux métalliques contenant du cuivre, du zinc ou du nickel dans les zones en contact avec les électrodes. Ces composants spécifiques équipent les solutions de manipulation dédiées aux phases critiques du procédé, comme le dégazage et le scellage. Lors de ces étapes, qui suivent la première mise sous tension, des actionneurs pneumatiques et électriques guident des lances pour percer les cellules et extraire les gaz de formation produits.

Cinématique et standardisation du système d'entraînement
Pour assurer le transfert des composants à l'intérieur des chambres de traitement, le constructeur allemand utilise des systèmes de manipulation de type portique basés sur les axes à broche ELGT. Dotés d'un double guidage intégré, ces axes électriques peuvent être combinés pour former des structures cartésiennes bidimensionnelles ou tridimensionnelles.

Au stade de l'assemblage des modules et des packs de batteries, la gestion de géométries variables nécessite des solutions de manipulation combinant les technologies électriques et pneumatiques :

• Un vérin pneumatique DSBC équipé d'un transmetteur de position SDAT assure le guidage en ligne.
• Un système de mesure de position FENG associé à un frein de sécurité DACS sécurise le maintien des charges.
• Un axe électrique suspendu ELCC, piloté par un servomoteur EMMT, gère les déplacements verticaux et horizontaux.

Cette mixité technologique permet la traçabilité des données du procédé et le contrôle d'erreur précoce. L'adoption d'une stratégie de standardisation des composants permet de stabiliser les paramètres de configuration d'une ligne à l'autre, simplifiant ainsi l'approvisionnement en pièces de rechange et réduisant les temps d'arrêt.

Sécurité fonctionnelle et architecture de contrôle décentralisée
L'assemblage des modules intègre un concept de sécurité où des actionneurs pivotants pneumatiques assurent le verrouillage mécanique des cellules. Parallèlement au positionnement, un système de capteurs optiques vérifie l'alignement mécanique tandis qu'un test électrique mesure la polarité de la cellule afin d'éjecter tout composant défectueux avant son insertion dans le boîtier du module. Les données statistiques générées par ces composants intelligents permettent une surveillance de l'état des pinces (condition monitoring) pour planifier la maintenance préventive.

Afin de maximiser le taux d'efficacité globale (OEE) des installations, l'architecture logicielle privilégie un concept de commande décentralisé. Au lieu d'une ligne séquentielle rigide, les stations fonctionnent de manière autonome grâce au système d'automatisation de la gamme CPX-E-CEC. Ce contrôleur intègre un outil de gestion des mouvements (Motion Control basé sur Codesys V3) qui déleste l'unité centrale de commande. Cette décharge de calcul permet d'allouer les ressources de l'automate principal à l'analyse de données, à la traçabilité complète des composants et à l'exploitation d'un jumeau numérique pour les simulations de flux.

Pour accompagner la mise en service de ces infrastructures, la division Festo Didactic propose des modules de formation technique, combinant des plateformes d'apprentissage virtuelles et des usines-écoles destinées au personnel d'usine.

Publié par Maria Brueva, rédactrice pour Induportals – contenu adapté par l'IA.

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