Verifica in tempo reale dell’efficienza elettrica per batterie di auto sportive ad alte prestazioni

Quando una delle case automobilistiche più esclusive d’Italia ha deciso di creare una versione elettrica della sua auto sportiva premium, il team di ingegneri sapeva che avrebbe avuto bisogno di una batteria elettrica ad alte prestazioni in grado di eguagliare la potenza, la velocità e le prestazioni della sua omologa tradizionale. Si sono dunque rivolti a un fornitore di tecnologia Tier One per progettare e implementare le linee di produzione della batteria, che a sua volta ha incaricato Comau di creare un sistema di controllo qualità non invasivo. La soluzione innovativa di Comau combinerà l’imaging termico e l’intelligenza artificiale per testare in maniera automatizzata le proprietà elettriche e meccaniche durante il processo di assemblaggio dei moduli, permettendo di verificare l’integrità della batteria ad alta tensione e riducendo al minimo gli scarti dei moduli.

“Comau ha fornito una soluzione innovativa che ha risposto alle caratteristiche uniche della batteria ad alte prestazioni del nostro cliente e ha garantito una riduzione concreta degli scarti di materiale”, ha spiegato Giovanni Di Stefano, Responsabile per l’innovazione e le tecnologie di processo. “Inoltre, il sistema progettato da Comau consentirà ai nostri clienti di misurare i KPI legati alla qualità e di determinare quante batterie ‘salvare’, nonostante un’eventuale non conformità in uno dei suoi moduli.”

Giovanni Di Stefano, Head of Innovation and Process Technologies

La sfida

A Comau è stato chiesto di progettare una soluzione tecnologica che potesse essere integrata senza problemi in un processo di produzione semiautomatizzato di batterie, senza impattare sul tempo di ciclo o sul layout di produzione. A differenza dei tradizionali test di fine linea delle batterie, in cui ogni batteria viene sottoposta a una serie di cicli di carica e scarica, la soluzione doveva verificare la qualità della batteria a livello di modulo prima di chiudere e saldare l’intero pacco. Con ogni batteria dotata di 13 moduli ad alte prestazioni, il sistema doveva verificare la batteria a livello di modulo e, in caso di guasto, identificare con precisione quale modulo o quali moduli non erano conformi alle tolleranze specificate dal cliente.

La soluzione

Gli ingegneri di Comau hanno innanzitutto verificato il numero di singole celle in ciascuno dei 13 moduli della batteria. Queste celle sono strutturalmente tenute insieme e collegate elettricamente da numerosi giunti saldati, la cui scarsa qualità secondo il team è fonte di potenziali punti di guasto. Dato che i giunti non conformi possono portare a una batteria instabile e a possibili rischi per la sicurezza, il team ha progettato un sistema in grado di analizzare la resistenza meccanica ed elettrica dei giunti saldati in modo rapido ed efficiente.

Sfruttando una telecamera a infrarossi e l’intelligenza della rete neurale, il team ha costruito una soluzione di termografia ibrida in grado di eseguire un’ispezione non invasiva del bacino di fusione a livello di giunto, per rilevare i difetti superficiali ed eseguire automaticamente la verifica del controllo qualità. La soluzione si basa sull’acquisizione in linea di immagini termiche che vengono immediatamente pre-elaborate, ritagliate e analizzate tramite una base di conoscenze acquisite in precedenza. Dopo aver ricevuto un impulso dal robot di saldatura laser, il sistema registra automaticamente la fase di raffreddamento ed esegue un’analisi basata sulle caratteristiche per valutare la salute qualitativa di ogni singolo giunto.

Il sistema di controllo non distruttivo è stato anche progettato per funzionare all’interno del processo di produzione esistente, aiutando a ottimizzare il flusso di lavoro e a salvaguardare i tempi di ciclo. E poiché le termocamere analizzano i difetti sia visivi che di resistenza prima del processo di assemblaggio finale, qualsiasi non conformità può essere risolta a livello di modulo, senza dover rottamare l’intera batteria. Infine, la soluzione progettata da Comau è completamente integrata con il sistema di tracciabilità, consentendo di raccogliere tutte le informazioni sul processo e sulla qualità in un unico sistema di gestione dei dati e di renderle disponibili in modo semplice, efficiente e intuitivo.

I risultati

Dopo aver consegnato la soluzione in linea al fornitore di tecnologia incaricato di costruire un processo di produzione di batterie a 360°, sia Comau che il suo cliente hanno iniziato immediatamente a mettere alla prova il sistema. Il primo risultato è stato raggiunto grazie alla facilità con cui l’innovativo paradigma di test è stato perfettamente integrato nella linea di assemblaggio.  

Il secondo risultato del sistema automatizzato e non distruttivo di Comau si può vedere nella migliore precisione del rilevamento dei difetti estetici, che spesso supera quella dell’ispezione visiva.

Inoltre, poiché l’elevata resistenza elettrica di un giunto scadente può creare un’elevata perdita di energia e generare calore, la temperatura del giunto potrebbe aumentare. Questo, a sua volta, può provocare potenziali problemi di sicurezza, oltre a ridurre l’efficienza della batteria. Valutando in maniera automatizzata i difetti superficiali e la resistenza elettrica di ogni giunto prima dell’assemblaggio finale, la soluzione progettata da Comau aiuta il cliente finale a risparmiare tempo e costi.

Infine, i risultati in tempo reale del processo possono essere raccolti e utilizzati per l’analisi e il riapprendimento. E poiché il sistema è interconnesso con l’infrastruttura di dati completa, il cliente può tenere traccia di eventuali problemi di qualità e apportare modifiche al processo di produzione, se necessario.

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I test lungo la linea garantiscono una produttività ottimizzata

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test del modulo automatizzati

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di tracciabilità

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Significativa riduzione degli scarti di materiale