Demontarea industrială a bateriilor face ca automobilele electrice să fie și mai sustenabile

Automobilele electrice câștigă rapid teren. Dar ce se întâmplă de fapt cu cantitățile imense de baterii scoase din uz? Fraunhofer IPA a testat cu succes modul în care funcționează demontarea industrială a bateriilor cu ajutorul KR QUANTEC de la KUKA. Scopul este ca utilizarea automobilelor electrice să devină și mai sustenabilă.

Din ce în ce mai multe automobile electrice! Să fie reciclarea bateriilor o soluție?

În martie 2023, statele membre ale UE au luat o decizie de o amploare enormă. Începând cu 2035, în Europa, vor mai putea fi înmatriculate numai autoturismele și vehiculele de transport mici, fără emisii. Este clar: viitorul industriei automobilelor este mobilitatea electrică. Previziunile arată și ele acest lucru. Dacă în 2022 existau aproximativ 27,7 milioane de vehicule electrice în circulație la nivel mondial, Agenția Internațională pentru Energie (AIE) estimează că numărul va crește la peste 226 de milioane până în 2030. În Germania, aproape un sfert din totalul autoturismelor vor fi electrice – în prezent, automobilele electrice reprezintă doar două procente.

Roboții industriali ajută la reciclarea materiilor prime valoroase

Există o singură problemă. Odată cu numărul de automobile electrice crește și numărul de baterii uzate, pentru că acestea au în prezent o durată medie de viață de doar zece ani. În același timp, materiile prime pentru producția lor devin din ce în ce mai puține și mai scumpe. O soluție: reciclarea! Aici intră în joc roboții industriali de la KUKA, mai exact robotul industrial KR QUANTEC. Cu ajutorul acestuia, Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie de Producție și Automatizare IPA de la Stuttgart a prezentat în cadrul proiectului de cercetare „DeMoBat –cum se poate realiza demontarea industrială a bateriilor și a motoarelor electrice”.

Fraunhofer IPA de la Stuttgart și KUKA desfășoară un parteneriat pe termen lung.

Doisprezece parteneri au efectuat lucrări de cercetare în cadrul asociației timp de mai mulți ani

Timp de mai mulți ani, experți de la doisprezece parteneri au cercetat modul în care bateriile de la automobilele electrice pot fi reciclate printr-o modalitate care să fie atât sustenabilă, cât și rentabilă. În total, opt aplicații au fost construite complet în cadrul proiectului, ca unelte demonstrative și de testare, care pot fi utilizate pentru funcționarea industrială continuă. S-a pus accentul pe demontarea bateriilor de la automobilele electrice. O condiție obligatorie pentru reciclarea componentelor este dezmembrarea sortată a pieselor componente – iar acest lucru nu este chiar atât de simplu.

Demontarea bateriei: proces complex care poate pune viața în pericol

„Demontarea bateriilor aduce cu sine trei mari provocări”, a declarat Anwar Al Assadi, coordonator la Fraunhofer IPA. „În primul rând, este nevoie de personal specializat, deoarece lucrul cu tehnologiile de înaltă tensiune necesită o pregătire specială și de lungă durată. În al doilea rând, din cauza tensiunii ridicate și a gazelor periculoase, demontarea manuală este asociată cu un risc pentru sănătate și, în cel mai rău caz, se poate produce autoaprindere. În al treilea rând, dezmembrarea manuală durează foarte mult și, în consecință, este costisitoare. Acest lucru face ca reciclarea să pară adesea nerentabilă în prezent.”

Robotul industrial se deplasează cu atenție la demontarea bateriilor.

Soluțiile de automatizare pot juca un rol decisiv în creșterea sustenabilității pentru mobilitatea electrică.

Anwar Al Assadi, coordonator la Fraunhofer IPA

Demontarea automatizată a bateriilor

Un robot de montaj KR QUANTEC, cu o capacitate portantă de 270 kg a fost utilizat în cadrul programului software „pitasc”, dezvoltat la Fraunhofer IPA, și controlat cu ajutorul KUKA.RobotSensorInterface, ceea ce a facilitat conectarea senzorilor externi. „În acest mod, am putut să reglăm în timp real pașii importanți de demontare și să automatizăm diverse procese care, până atunci, trebuiau să fie executate manual.” Tehnologia de la KUKA ne ajută să rezolvăm simultan trei probleme care apar la demontarea bateriilor: reduce problema lipsei de personal calificat, diminuează riscurile de siguranță pentru angajați și asigură rentabilitatea reciclării bateriilor, datorită eficienței procesului.

Cu cea mai mare precizie, robotul cu braț articulat cu 6 axe desface șuruburi și îmbinări.

Regulamentul mult mai strict al UE cu privire la baterii ne obligă să acționăm

Producătorii trebuie să ia măsuri în acest sens. Regulamentul mult mai strict al UE cu privire la baterii impune, începând cu 2023, printre altele, ca noile baterii să includă un procent mai mare de materiale reciclate – chiar și dacă acestea au fost importate în Europa. Proiectul de cercetare de succes de la Stuttgart ne arată cât de valoroasă poate fi asistența tehnică de la KUKA.

Automatizarea oferă noi posibilități la reciclarea bateriilor.

Aici, KR QUANTEC a executat cele mai diverse etape de lucru: de la deșurubarea șuruburilor până la desfacerea îmbinărilor de etanșare și deconectarea cablurilor. „Complexitatea este dată de faptul că pe piață sunt incredibil de multe sisteme de baterii diferite”, spune Anwar Al Assadi. „Și fiecare pare diferit în interior.” Uneori, producătorii au schimbat structura sistemelor de baterii chiar și în cadrul aceleiași serii de vehicule.

Indiferent de baterie, de la orice automobil electric- KR QUANTEC știe ce are de făcut

Având 6 axe, robotul KR QUANTEC se potrivește perfect. Cu cele șase grade de libertate, robotul cu braț articulat se poate ajusta optim la diferitele dimensiuni și geometrii ale sistemului de baterii și, datorită capacității sale portante, stăpânește și cuplurile de strângere mari. În consecință, este nevoie de un software precum așa-numita soluție „pitasc”, care să detecteze ce trebuie făcut în combinație cu hardware-ul, indiferent de modelul de baterie.

Structura proiectului de la Fraunhofer IPA arată flexibilitatea robotului KUKA.

Sistemele de procesare a imaginilor care susțin identificarea automată a șuruburilor și a altor componente au făcut ca învățarea manuală a KR QUANTEC să nu mai fie necesară pentru fiecare etapă a procesului. Pentru a preveni coliziunile cu componentele, după fiecare etapă de demontare s-a efectuat o verificare a succesului prin senzori și sisteme de camere 3D. Ulterior, semnalele au fost transferate la modulul central de comandă a procesului, asigurându-se o desfășurare sigură a procesului.

Datorită geometriei subțiri și a amprentei mici, cu ajutorul robotului QUANTEC se poate construi o instalație flexibilă și orientată spre viitor.

Thomas Schmidberger, Global Business Development Manager Electronics

Instalațiile flexibile pot fi utilizate pentru baterii cu structuri diverse

Potrivit lui Al Assadi, complexitatea este dată de faptul că producătorii de autovehicule trebuie să integreze în baterie cât mai multe componente într-un spațiu cât mai mic. Acest lucru limitează foarte mult spațiul de mișcare la demontare. Alte provocări sunt poziția variabilă a cablurilor sau numeroasele îmbinări prin lipire ale unei baterii, care se desfac automatizat mult mai greu decât șuruburile. „Dar și pentru acestea am găsit soluții pe care acum dorim să le dezvoltăm pentru utilizarea industrială.” Este esențial să construim instalații flexibile, nu în ultimul rând pentru că structura bateriilor se modifică substanțial cam o dată la șase luni.

Instalația-proiect de la Fraunhofer IPA ar fi implementabilă pentru funcționarea industrială continuă.

KR QUANTEC - atractiv pentru mai multe domenii de utilizare

Versatilitatea este unul dintre avantajele majore ale seriei KR QUANTEC: „Datorită geometriei subțiri și a amprentei mici, cu ajutorul robotului QUANTEC se poate construi o instalație flexibilă și orientată spre viitor”, spune Thomas Schmidberger, Global Business Development Manager Electronics la KUKA. „În plus, ca toți roboții KUKA, acesta este certificat ESD standard, pentru a asigura o manipulare sigură a componentelor sensibile din punct de vedere electrostatic.”

Fiecare mișcare a „mâinii” este făcută de KR QUANTEC.

Noua generație de roboți cu braț articulat KR QUANTEC convinge prin eficiența energetică specială, datorită controlerului DC standard. Atât în mișcare, cât și în regimul standby, consumul de energie a putut fi redus semnificativ. În mișcare, robotul cu șase axe consumă – printre altele, datorită recuperării energiei de frânare – cu aproximativ 30 % mai puțină energie decât modelul anterior, iar în starea de funcționare „Așteptare în reglare” consumă chiar cu 60 % mai puțin.

Un robot industrial care poate chiar mai mult decât să demonteze automatizat

Astfel, robotul cu 6 axe KR QUANTEC este atractiv nu numai pentru reciclarea bateriilor de la automobilele electrice, ci și pentru alte domenii de utilizare. Carcasa mai subțire promite, de asemenea, tehnologie precisă și timp scurt de livrare – și, prin urmare, un cost total scăzut al proprietății (TCO). Cheltuielile de întreținere sunt diminuate și numărul de piese de schimb este redus.

Gradul ridicat de flexibilitate și un TCO scăzut caracterizează KR QUANTEC.

Având capacitatea portantă cuprinsă între 120 și 300 kg, modelele din seria KR QUANTEC fac parte din clasa de capacitate portantă mare și dispun de cel mai mare portofoliu de capacități portante și raze de acțiune de pe piață, în acest domeniu. Datorită posibilității de îmbunătățire a capacității portante pe teren și a modurilor de mișcare pentru o calitate sporită a procesului, aceste modele reprezintă o investiție pe cât de utilă, pe atât de sigură în viitorul oricărei producții.

Piața crește rapid

Acest lucru este valabil și pentru domeniul demontării bateriilor, mai ales că industria autovehiculelor electrice se va dezvolta rapid în anii următori. Experții se așteaptă ca piața globală a vehiculelor electrice să crească de la aproape 420 miliarde USD (2022) la peste 770 miliarde USD până în 2028. Seriile de testare din cadrul proiectului au arătat acum cum ar putea fi utilizat acest potențial uriaș în ceea ce privește reciclarea bateriilor de către producătorii de automobile (de ex. prin reciclare internă a vehiculelor electrice), producătorii de baterii sau firmele de reciclare. Companiile interesate pot verifica la Fraunhofer IPA fezabilitatea dezasamblării produselor cu ajutorul roboților. În plus, Institutul lucrează la optimizarea inițială a produselor pentru demontare.

Datorită gradului mare de flexibilitate, KR QUANTEC este un element esențial în instalația de testare de la Fraunhofer IPA.

Cooperarea dintre KUKA și oamenii de știință s-a dovedit a fi eficientă

La dezvoltarea și testarea tehnologiilor sale, KUKA colaborează cu încredere cu institutul de cercetare de zeci de ani. Astfel, în urmă cu aproximativ 20 de ani, primul robot pentru camere cu atmosferă controlată KUKA a fost dezvoltat împreună cu institutul, au urmat certificările ESD pentru zeci de produse KUKA.

Thomas Schmidberger de la KUKA și Anwar Al Assadi, coordonator de proiect la Fraunhofer IPA, sunt încântați de cooperarea de succes.

O cooperare între industrie și știință care s-a dovedit încă o dată eficientă prin proiectul „DeMoBat”: „Am construit aici cea mai mare instalație de testare din Europa pentru demontarea bateriilor”, spune Anwar Al Assadi cu mândrie. „Am demonstrat modul în care soluțiile de automatizare pot juca un rol esențial în a face mobilitatea electrică și mai sustenabilă.”