การถอดประกอบแบตเตอรี่อุตสาหกรรมทําให้รถยนต์ไฟฟ้ามีความยั่งยืนมากยิ่งขึ้น

รถยนต์ไฟฟ้ากำลังได้รับความนิยม แต่จะเกิดอะไรขึ้นกับแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วจํานวนมหาศาล Fraunhofer IPA ประสบความสำเร็จในการทดสอบวิธีการถอดประกอบแบตเตอรี่เชิงอุตสาหกรรมด้วย KR QUANTEC จาก KUKA โดยมีจุดมุ่งหมายคือเพื่อให้การใช้รถยนต์ไฟฟ้ามีความยั่งยืนมากยิ่งขึ้น

ในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้ามีมากขึ้นเรื่อย ๆ การรีไซเคิลแบตเตอรี่ถือว่าเป็นโซลูชันที่เหมาะสมหรือไม่

ในเดือนมีนาคม 2023 ประเทศสมาชิกสหภาพยุโรปได้ตัดสินใจครั้งสำคัญ โดยตั้งแต่ปี 2035 เป็นต้นไป เฉพาะรถยนต์และรถตู้ที่ไม่มีการปล่อยมลพิษเท่านั้นที่สามารถจดทะเบียนใหม่ในยุโรปได้ ตั้งแต่วินาทีนั้นเป็นต้นมา ทุกสิ่งก็ชัดเจนยิ่งขึ้น ว่าการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้านั้นคืออนาคตของอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยคาดการณ์ไว้ว่า ในปี 2022 รถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 27.7 คัน และจากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) รายงานว่าตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 226 ล้านคันภายในปี 2030 ในเยอรมนี เกือบหนึ่งในสี่ของรถยนต์ทั้งหมดจะกลายเป็นรถยนต์ไฟฟ้า ในขณะที่ตอนนี้มีเพียงสองเปอร์เซ็นต์เท่านั้น

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมช่วยให้สามารถรีไซเคิลวัตถุดิบที่มีค่าได้

มีเพียงปัญหาเดียวเท่านั้น นั่นคือรถยนต์ไฟฟ้ามากที่ขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้แบตเตอรี่ที่ใช้แล้วมีปริมาณเพิ่มมากขึ้นเช่นเดียวกัน เนื่องจากปัจจุบันมีอายุการใช้งานเฉลี่ยเพียงประมาณสิบปีเท่านั้น ในขณะเดียวกันวัตถุดิบในการผลิตก็หายากและมีราคาแพงมากขึ้น โซลูชันเพียงอย่างเดียวก็คือ การรีไซเคิล! และหุ่นยนต์อุตสาหกรรมของ KUKA ที่มีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้ก็คือหุ่นยนต์อุตสาหกรรม KR QUANTEC หุ่นยนต์ดังกล่าวช่วยให้ Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA) ในเมือง Stuttgart ประสบความสำเร็จในการคิดค้นหาวิธีในโครงการวิจัยเรื่อง “DeMoBat – การถอดประกอบแบตเตอรี่และรถยนต์ไฟฟ้าเชิงอุตสาหกรรม”

Fraunhofer IPA ในเมือง Stuttgart และ KUKA ร่วมมือกันมาอย่างยาวนาน

พันธมิตรทั้ง 12 รายร่วมกันทำวิจัยในช่วงหลายปีที่ผ่านมา

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ผู้เชี่ยวชาญจากพันธมิตรทั้ง 12 รายได้ร่วมกันศึกษาวิธีที่จะนำแบตเตอรี่จากรถยนต์ไฟฟ้ากลับมาใช้ใหม่ในลักษณะที่ทั้งยั่งยืนและคุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจ โครงการได้คิดค้นการใช้งานทั้งหมดขึ้นมา 8 รายการเพื่อเป็นเครื่องมือสาธิตและทดสอบที่สามารถนําไปใช้ในการดําเนินงานทางอุตสาหกรรมได้อย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งเน้นไปที่การถอดประกอบแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเป็นหลัก เนื่องจากข้อกําหนดเบื้องต้นสําหรับการรีไซเคิลส่วนประกอบคือการแยกย่อยส่วนประกอบออกเป็นส่วน ๆ และนี่ไม่ใช่งานที่ง่ายเลย

การถอดประกอบแบตเตอรี่นั้นซับซ้อนและอันตรายถึงชีวิต

“การถอดประกอบแบตเตอรี่ก่อให้เกิดความท้าทายที่สำคัญสามประการ” Anwar Al Assadi ผู้จัดการกลุ่มของ Fraunhofer IPA อธิบาย “ประการแรกคือคุณต้องมีผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติพิเศษ เนื่องจากการทำงานกับเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงจำเป็นต้องมีการฝึกอบรมพิเศษและมักจะใช้เวลานาน ประการที่สองคือการถอดประกอบด้วยตนเองนั้นต้องรับมือกับความเสี่ยงต่อสุขภาพ เนื่องจากไฟฟ้าแรงสูงและก๊าซอันตราย และหากโชคร้าย ไฟอาจลุกติดขึ้นเองได้ ประการที่สามคือการแยกย่อยด้วยมือนั้นใช้เวลานานมากและค่าใช้จ่ายก็สูงเช่นเดียวกัน ซึ่งมักจะทําให้การรีไซเคิลดูเหมือนจะไม่เกิดประโยชน์อะไรในขณะนี้”

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมดำเนินการอย่างระมัดระวังในระหว่างการถอดประกอบแบตเตอรี่

โซลูชันระบบอัตโนมัติมีบทบาทสำคัญในการทำให้การขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้ามีความยั่งยืนมากยิ่งขึ้น

Anwar Al Assadi ผู้จัดการกลุ่มของ Fraunhofer IPA

การถอดประกอบแบตเตอรี่โดยอัตโนมัตินับว่าเป็นการยิงปืนนัดเดียว แต่ได้นกถึงสองตัว

ความท้าทายที่ออกแบบมาเพื่อโซลูชันแบบใช้หุ่นยนต์โดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ประกอบ KR QUANTEC ที่มีน้ำหนักบรรทุก 270 ควบคุมการทำงานทั้งหมดโดยซอฟต์แวร์ “pitasc” ที่พัฒนาขึ้นที่ Fraunhofer IPA และควบคุมโดยใช้ KUKA.RobotSensorInterface ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ภายนอก “วิธีนี้ช่วยให้เราสามารถควบคุมขั้นตอนการถอดประกอบได้แบบเรียลไทม์ อีกทั้งยังทำให้กระบวนการต่าง ๆ ที่ก่อนหน้านี้ต้องดำเนินการด้วยตนเองเป็นไปโดยอัตโนมัติอีกด้วย” เทคโนโลยีการถอดประกอบแบตเตอรี่ของ KUKA จะช่วยแก้ไขปัญหาทั้งสามประการได้ในคราวเดียว โดยจะช่วยลดการขาดแคลนแรงงานที่มีทักษะ ลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยสำหรับพนักงาน และประสิทธิภาพยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าการรีไซเคิลแบตเตอรี่นั้นยังมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจด้วยเช่นกัน

หุ่นยนต์แบบข้อต่อ 6 แกนคลายสกรูหรือการยึดติดด้วยความแม่นยำสูงสุด

กฎระเบียบแบตเตอรี่ของสหภาพยุโรปที่เข้มงวดยิ่งขึ้นบังคับให้ต้องทำอะไรสักอย่าง

โดยผู้ผลิตจะต้องดำเนินการแก้ไขปัญหานี้กันต่อไป กฎระเบียบเรื่องแบตเตอรี่ของสหภาพยุโรปที่เข้มงวดยิ่งขึ้นอย่างมากกำหนดให้แบตเตอรี่ใหม่ประกอบด้วยวัสดุรีไซเคิลในสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่ปี 2023 แม้ว่าจะนำเข้ามาในยุโรปแล้วก็ตาม โครงการวิจัยที่ประสบความสำเร็จในเมือง Stuttgart แสดงให้เห็นอย่างน่าประทับใจว่าการสนับสนุนทางด้านเทคโนโลยีของ KUKA มีคุณค่าเพียงใด

ระบบอัตโนมัติเปิดโอกาสใหม่ ๆ ในการรีไซเคิลแบตเตอรี่

โดย KR QUANTEC ทำงานในหลายขั้นตอน ตั้งแต่การคลายสกรูไปจนถึงการเปิดข้อต่อซีลหรือการแยกสายเคเบิล “สิ่งที่ซับซ้อนคือมีระบบแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันจํานวนมากในตลาด” Anwar Al Assadi กล่าว “และด้านในแบตเตอรี่และชนิดก็ดูแตกต่างกัน” ในบางกรณี ผู้ผลิตจะเปลี่ยนดีไซน์ของระบบแบตเตอรี่ แม้จะอยู่ในรถซีรีส์เดียวกันก็ตาม

แต่ไม่ว่าแบตเตอรี่จะมาจากรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นไหน KR QUANTEC ก็รู้วิธีจัดการกับสิ่งเหล่านี้

หุ่นยนต์ 6 แกนอย่าง KR QUANTEC เหมาะกับงานนี้ การเคลื่อนได้อย่างอิสระถึง 6 ระดับทำให้หุ่นยนต์แบบข้อต่อสามารถปรับให้เข้ากับขนาดและรูปทรงต่าง ๆ ของระบบแบตเตอรี่ได้อย่างเหมาะสม อีกทั้งน้ำหนักบรรทุกยังสามารถรับมือกับแรงบิดที่สูงได้อีกด้วย ซอฟต์แวร์หรือที่เรียกว่าโซลูชัน “pitasc” เป็นกุญแจสำคัญที่ขาดไม่ได้และเมื่อใช้งานร่วมกับฮาร์ดแวร์ ทุกปัญหาก็จะหมดไป โดยที่ลืมไปเลยว่ากำลังจัดการกับแบตเตอรี่ในรุ่นที่มีปัญหาอยู่

โครงสร้างโครงการของ Fraunhofer IPA แสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นของหุ่นยนต์ KUKA

ระบบประมวลผลภาพที่รองรับการตรวจจับสกรูและส่วนประกอบอื่นโดยอัตโนมัติทำให้ไม่จำเป็นต้องออกแรงสอน KR QUANTEC ในขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการ เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการชนปะทะกับส่วนประกอบต่าง ๆ จึงมีการตรวจสอบความสำเร็จด้วยเซ็นเซอร์และระบบกล้อง 3 มิติหลังจากถอดประกอบเสร็จแต่ละขั้นตอน จากนั้นจะมีการส่งสัญญาณไปยังระบบควบคุมกระบวนการส่วนกลาง คุณจึงสามารถมั่นใจได้ว่ากระบวนการจะดำเนินไปอย่างราบรื่น

รูปทรงที่เพรียวบางและพื้นที่ติดตั้งขนาดเล็กของ QUANTEC ทำให้สามารถสร้างระบบที่ยืดหยุ่นและมองการณ์ไกลได้

Thomas Schmidberger ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจระดับโลกด้านอิเล็กทรอนิกส์

ระบบต้องยืดหยุ่นเพราะแบตเตอรี่ส่วนใหญ่มีการออกแบบหลากหลาย

Al Assadi กล่าวว่าสิ่งที่ซับซ้อนคือผู้ผลิตรถยนต์จะต้องใส่ส่วนประกอบต่าง ๆ ลงในพื้นที่ขนาดเล็กมากของแบตเตอรี่ให้ได้มากที่สุด ซึ่งเป็นการจำกัดขอบเขตการเคลื่อนที่ในระหว่างการถอดประกอบอย่างมาก ความท้าทายอื่น ๆ ได้แก่ ตำแหน่งของสายเคเบิลที่แตกต่างกันหรือการยึดติดต่าง ๆ ในแบตเตอรี่ ซึ่งการคลายโดยอัตโนมัตินั้นยากกว่าการคลายสกรูอย่างมาก “เราพบโซลูชันสำหรับเรื่องนี้ด้วย ซึ่งตอนนี้เรากำลังพัฒนาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง” การสร้างระบบที่ยืดหยุ่นเป็นสิ่งสำคัญ เหตุผลหนึ่งที่สำคัญคือโดยพื้นฐานแล้ว การออกแบบแบตเตอรี่จะมีการเปลี่ยนแปลงทุก ๆ หกเดือนโดยประมาณ

ระบบโครงการ Fraunhofer IPA สามารถใช้สำหรับการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมอย่างต่อเนื่อง

KR QUANTEC นั้นน่าดึงดูดสำหรับงานต่าง ๆ

ความอเนกประสงค์เป็นหนึ่งในข้อดีหลักของซีรีส์ KR QUANTEC: “รูปทรงที่เพรียวบางและพื้นที่ติดตั้งขนาดเล็กของ QUANTEC ทำให้สามารถสร้างระบบที่ยืดหยุ่นและมองการณ์ไกลได้” Thomas Schmidberger ผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจระดับโลกด้านอิเล็กทรอนิกส์ของ KUKA กล่าว “นอกจากนี้หุ่นยนต์รุ่นนี้ยังได้รับการรับรอง ESD ตามมาตรฐานเช่นเดียวกับหุ่นยนต์ของ KUKA ทั้งหมดอีกด้วย ทั้งนี้ก็เพื่อให้จัดการส่วนประกอบที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตได้อย่างปลอดภัย”

KR QUANTEC เชี่ยวชาญทุกงานทุกรูปแบบ เพียงแค่สะบัด "ข้อมือ"

ยิ่งไปกว่านั้น ตัวควบคุม DC ยังทำให้ KR QUANTEC หุ่นยนต์แบบข้อต่อรุ่นใหม่ประหยัดพลังงานเป็นพิเศษอีกด้วย โดยการใช้พลังงานลดลงอย่างมากทั้งในการเคลื่อนไหวและในโหมดสแตนด์บาย ในการเคลื่อนไหวด้านการผลิต หุ่นยนต์แบบหกแกนใช้พลังงานน้อยกว่ารุ่นก่อนประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ และใช้พลังงานน้อยลงถึง 60 เปอร์เซ็นต์ในโหมดการทำงาน “รอควบคุม” ซึ่งเป็นผลมาจากการนำพลังงานเบรกกลับมาใช้ใหม่

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่สามารถทำได้มากกว่าการถอดประกอบโดยอัตโนมัติ

ทำให้หุ่นยนต์แบบ 6 แกนอย่าง KR QUANTEC มีความน่าดึงดูดไม่เพียงแค่สำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้งานด้านอื่น ๆ ด้วย ระบบโมดูลาร์แบบลีนยังรับประกันได้ถึงเทคโนโลยีที่ปรับแต่งได้และเวลาจัดส่งที่รวดเร็ว ส่งผลให้เมื่อพิจารณาจากทั้งหมดแล้ว ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ยังอยู่ในระดับต่ำอีกด้วย เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาลดลงและจำนวนชิ้นส่วนอะไหล่ลดลง

KR QUANTEC มีความโดดเด่นในด้านความยืดหยุ่นที่สูงและ TCO ต่ำ

น้ำหนักบรรทุก 120 ถึง 300 กิโลกรัมทำให้รุ่นจาก ซีรีส์ KR QUANTEC จัดอยู่ในกลุ่มที่รับน้ำหนักได้สูง อีกทั้งยังมีน้ำหนักบรรทุกและระยะยืดที่มากที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ในตลาดอีกด้วย สามารถเพิ่มน้ำหนักบรรทุกในภาคสนามได้และโหมดการเคลื่อนไหวสำหรับกระบวนการคุณภาพสูงยังเป็นการลงทุนที่คุ้มค่าในอนาคตสำหรับทุกการผลิตอีกด้วย

ปริมาณตลาดที่เติบโตอย่างรวดเร็ว

นอกจากนี้ยังใช้ได้กับภาคส่วนการถอดประกอบแบตเตอรี่ได้อีกด้วย โดยเฉพาะในขณะที่อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้ามีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในปีต่อไป: ผู้เชี่ยวชาญคาดว่าปริมาณตลาดโลกสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นจาก 420 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ (2022) เป็นมากกว่า 770 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2028 ซีรีส์ทดสอบของโครงการแสดงให้เห็นแล้วว่าศักยภาพมหาศาลนี้สามารถใช้ประโยชน์จากการรีไซเคิลแบตเตอรี่โดย OEM ของรถยนต์ (เช่น การรีไซเคิล EV ภายในองค์กร) ผู้ผลิตแบตเตอรี่ หรือบริษัทรีไซเคิลได้อย่างไร บริษัทที่สนใจสามารถทดสอบความเป็นไปได้ในการถอดประกอบผลิตภัณฑ์โดยใช้หุ่นยนต์ช่วยได้ที่ Fraunhofer IPA นอกจากนี้ สถาบันยังดำเนินการปรับปรุงผลิตภัณฑ์สำหรับการถอดประกอบในเบื้องต้นอีกด้วย

ความเป็นเลิศในการความยืดหยุ่นของ KR QUANTEC ทำให้หุ่นยนต์รุ่นนี้กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญในศูนย์ทดสอบที่ Fraunhofer IPA

ความร่วมมือระหว่าง KUKA และวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงคุณค่าแล้ว

อย่างไรก็ตาม งานโครงการไม่ใช่ประสบการณ์ใหม่สำหรับทุกคนที่เกี่ยวข้อง KUKA และสถาบันวิจัยร่วมกันพัฒนาและทดสอบเทคโนโลยีบนพื้นฐานของความไว้วางใจมานานหลายทศวรรษ หุ่นยนต์รุ่นห้องคลีนรูมของ KUKA ได้รับการพัฒนาร่วมกันเมื่อประมาณ 20 ปีที่แล้ว ตามมาด้วยการรับรอง ESD ของผลิตภัณฑ์จาก KUKA หลายสิบรายการและโครงการอื่น ๆ อีกมากมาย

Thomas Schmidberger จาก KUKA และ Anwar Al Assadi ผู้จัดการโครงการที่ Fraunhofer IPA รู้สึกยินดีกับความร่วมมือที่ประสบความสำเร็จ

การทํางานร่วมกันระหว่างอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ที่พิสูจน์ตัวเองอีกครั้งใน “DeMoBat”: “เราได้สร้างศูนย์ทดสอบที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปสำหรับการถอดประกอบแบตเตอรี่” Anwar Al Assadi กล่าวอย่างภาคภูมิใจ “และเราก็ได้แสดงให้เห็นว่าโซลูชันระบบอัตโนมัติมีบทบาทสำคัญอย่างไรในการทำให้การขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้ามีความยั่งยืนมากขึ้น”