Gli accumulatori di carica elettrica, come le batterie agli ioni di litio, sono al centro degli attuali cambiamenti nella mobilità e nella transizione energetica.
Per ottimizzare la produzione delle batterie, sono necessari sensori che monitorino le linee di produzione con precisione e velocità adeguate ai ritmi della linea. Per sviluppare nuove tecnologie e design, sono invece richiesti strumenti in grado di testare l’affidabilità e le prestazioni delle batterie durante il loro utilizzo.
Luchsinger affianca le aziende del settore batterie nella scelta di sensori per il controllo dimensionale delle celle in produzione, la mappatura della pressione nei cicli di carica e scarica, il monitoraggio termico a infrarossi per la sicurezza e la prevenzione della fuga termica, e la misura di deformazioni e spessori dei rivestimenti degli elettrodi. La consulenza tecnica accompagna la scelta della tecnologia più adatta a ogni fase, dalla ricerca e sviluppo alla produzione in serie.
Nella produzione di batterie le misure si fanno su materiali sottili e delicati, come pellicole metalliche degli elettrodi e separatori, che scorrono a nastro ad alta velocità e non si possono toccare senza rischio di danneggiarli. Le superfici sono spesso riflettenti o scure, le tolleranze di rivestimenti e bordi sono strette, e molte fasi si svolgono in ambienti controllati come le camere a bassa umidità. Sulle celle finite si aggiunge il tema della sicurezza: surriscaldamenti e rigonfiamenti vanno individuati prima che diventino pericolosi. Per questo si privilegiano misure senza contatto in linea e sistemi in grado di seguire celle e moduli anche durante prove, stoccaggio e movimentazione.
Nella produzione degli elettrodi si controllano lo spessore del rivestimento, prima e dopo l'essiccazione, la temperatura della sospensione durante l'applicazione, il rivestimento dei bordi, la guida del nastro e la geometria dei bordi dopo il taglio. Nell'assemblaggio di celle e moduli si verificano la presenza e la posizione dei componenti, i cordoni adesivi e i sigillanti, la complanarità dei terminali saldati e la qualità della sigillatura delle celle a sacchetto. In ricerca e sviluppo si studiano la pressione tra celle e alloggiamento durante i cicli di carica e scarica e le deformazioni dovute ai rigonfiamenti, mentre in stoccaggio e logistica il monitoraggio termico aiuta a prevenire la fuga termica.
La scelta parte dalla grandezza e dal materiale. Per lo spessore dei rivestimenti sul nastro si utilizzano i sensori laser a triangolazione in coppia, mentre per gli strati umidi e i materiali trasparenti i sensori confocali cromatici. Bordi e posizione del nastro si controllano con i micrometri ottici, e profili, cordoni e posizione delle celle con gli scanner laser di profilo; quando serve una superficie completa, come per i terminali, si impiegano i sensori 3D. Per la temperatura, i pirometri a infrarossi seguono un punto preciso del processo e le termocamere a infrarossi sorvegliano celle e moduli per individuare i punti caldi. In laboratorio, la pressione tra celle e alloggiamento si misura con i sensori a matrice di pressione e le deformazioni con gli estensimetri.
Nell'industria delle batterie la stessa grandezza si misura in modo diverso in laboratorio, sulla linea di produzione e sul prodotto finito. I nostri ingegneri ti affiancano dalla definizione del punto di misura alla scelta della tecnologia, fino all'integrazione nella linea o nel banco di prova. Vedi tutte le soluzioni per la misura delle dimensioni e della temperatura.
Con sensori senza contatto posizionati sul nastro in avanzamento. Dopo l’essiccazione si utilizzano sensori laser a triangolazione disposti in coppia sui due lati del nastro e sincronizzati. Sullo strato ancora umido, subito dopo l’applicazione, si impiegano sensori confocali cromatici affiancati su tutta la larghezza. Il dato continuo permette di correggere il processo di rivestimento prima che gli scostamenti diventino scarti.
Con il monitoraggio termico continuo a infrarossi durante produzione, prove, carica e stoccaggio. Le termocamere rilevano senza contatto la distribuzione della temperatura su celle e moduli e individuano i punti caldi nelle fasi iniziali, quando i sensori di fumo o calore tradizionali non intervengono ancora. Al superamento delle soglie impostate il sistema attiva gli allarmi, così le celle anomale si possono isolare o raffreddare.
Con sensori tattili a matrice a film sottile, inseriti tra lo stack di celle e l’alloggiamento. Una cella di carico restituisce solo la forza totale. Il sensore a matrice, invece, mostra la mappa della pressione su tutta la superficie di contatto e rende visibili rigonfiamenti, disallineamenti e concentrazioni di carico ai bordi durante l’intero ciclaggio.
Con termocamere a infrarossi ad alta risoluzione che osservano la cella durante una prova di carico. Le microperdite nella zona di sigillatura, in particolare vicino ai connettori, generano punti caldi che la termocamera individua senza conoscerne in anticipo la posizione. Le soglie di temperatura impostate nel software segnalano automaticamente le anomalie: l’ispezione è non distruttiva e si può integrare nella linea.
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