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Tout clé en main, même les pièces souples : KR CYBERTECH automatise l’assemblage de blocs de batteries
La production de batteries pour les véhicules électriques est une activité dangereuse. La raison : l’énorme tension lors de la mise en contact électrique des modules de batterie. En collaboration avec KOSTAL Kontakt Systeme GmbH et KUKA, Liebherr-Verzahntechnik GmbH a désormais développé une technologie avec deux robots de la série KR CYBERTECH nano, qui permet de connecter des modules de batteries haute tension de manière sûre et efficace.
L’automatisation donne le vent en poupe à l’électromobilité
Elles sont silencieuses, utilisent de plus en plus d’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables, émettent moins de CO2 et ont des co?ts de réparation et d’entretien plus faibles?: l’avenir appartient aux véhicules électriques. On estime que plus de 27 millions de voitures hybrides rechargeables et de voitures électriques circulent actuellement dans le monde. Et si, entre 2030 et 2035, de nombreux grands états ralentissent l’immatriculation des voitures à combustion, ce chiffre augmentera considérablement. KUKA a reconnu très t?t le potentiel de l’électromobilité. Depuis 2014, le spécialiste de l’automatisation d’Augsbourg optimise sa gamme de produits pour répondre aux exigences spécifiques qui doivent être remplies lors de la fabrication de composants électroniques pour l’industrie automobile. La société Liebherr-Verzahntechnik GmbH à Kempten en profite désormais aussi. Les robots y ont créé une application qui peut offrir aux constructeurs de véhicules électriques et à leurs fournisseurs une plus grande sécurité et une meilleure productivité. Car que serait une voiture électrique sans sa pièce ma?tresse, la batterie??
Deux KR CYBERTECH nano ARC HW relient les modules de la batterie haute tension et permettent à la sécurité et l’efficacité de la production de batteries d’atteindre un niveau supérieur.
L’assemblage robotisé améliore la sécurité de la production de batteries haute tension
La batterie haute tension contient une énorme quantité d’énergie et est déterminante pour l’autonomie et la durée de charge du véhicule. La batterie HT se compose de plusieurs modules qui sont en contact électrique les uns avec les autres et qui sont reliés pour former un bloc de batteries. Une fois connectés, ces systèmes de batteries atteignent des tensions de sortie comprises entre 400 et 800 volts de tension continue. Les connexions avec des rails conducteurs, souvent utilisés à cet effet, appelées busbars, représentent toutefois un risque pour la sécurité des collaborateurs en raison des surfaces de contact exposées.?
Les robots descendent simultanément avec les connecteurs de modules enfichables vers les modules de batteries.
L’utilisation de connecteurs de modules enfichables constitue une alternative. L’entreprise de l’Allg?u a développé, en collaboration avec KOSTAL Kontakt Systeme GmbH et à l’aide de robots, un processus innovant pour le montage automatisé de connecteurs de modules enfichables avec des cables flexibles. Les connecteurs de modules enfichables, isolés et flexibles de la société KOSTAL empêchent tout contact involontaire avec des pièces sous tension et peuvent être enfichés de manière automatisée malgré leur grande élasticité - avec la flexibilité requise et la durée de cycle exigée.
Pour produire des batteries haute tension en grandes quantités de manière rentable, l’automatisation joue un rôle clé.
Electromobilité?: une véritable innovation avec des robots à arbre creux et des logiciels spéciaux
Deux KR CYBERTECH nano ARC HW par cellule se chargent du processus d’insertion. Ces robots à arbre creux sont normalement utilisés principalement pour le soudage à l’arc sous protection gazeuse. Leur structure compacte et leur grande portée, ainsi que la possibilité de faire passer les cables par l’axe du poignet ont également fait d’eux le choix parfait pour cette application. En complément, l’équipe de Liebherr-Verzahntechnik GmbH a choisi le progiciel KUKA.RoboTeam. Celui-ci permet la coopération synchronisée de deux ou plusieurs robots. Le programme et le mouvement sont comparés en temps réel afin de garantir la réussite des processus les plus complexes, comme l’assemblage de pièces souples. Une véritable innovation pour le secteur de l’électromobilité.
Dans une cellule, deux KR CYBERTECH nano ARC HW insèrent les connexions électroniques.
Les deux bras de robots travaillent ensemble de manière synchrone dans la production de batteries haute tension, commandés par le progiciel KUKA.RoboTeam.
La pénurie de main-d’?uvre qualifiée fait avancer l’automatisation
La plupart des étapes du processus de production de batteries sont aujourd’hui déjà entièrement automatisées afin de répondre aux exigences de l’industrie automobile en matière de durées de cycle, de nombre de pièces, de qualité et de co?ts de production, par exemple. En outre, la pénurie de main-d’?uvre qualifiée fait avancer la forte tendance de l’automatisation. Il y a de moins en moins de professionnels prêts à assumer une tache aussi monotone, physiquement pénible et exigeante à la fois. La société KOSTAL Kontakt Systeme GmbH de Lüdenscheid, qui produit et commercialise depuis 1938 des connexions enfichables pour l’industrie automobile, avait identifié ici une niche de marché. Elle a développé une connexion enfichable adaptée à la fois à l’insertion manuelle et à l’automatisation. Martin Wolter, chef de groupe du développement chez KOSTAL, rapporte : ? La sécurité joue ici un r?le très important - comme il s’agit de contacts à haute tension, ils doivent être protégés contre les contacts. C’est comparable à une prise de courant, ici aussi les contacts sont protégés contre un contact accidentel avec les doigts. La différence réside dans le fait que la connexion enfichable dans le véhicule est exposée à des vibrations et à des températures aussi bien élevées que basses. ?
Notre système est très robuste et transmet le courant de manière fiable pendant toute sa durée de vie, sous des sollicitations changeantes.
Le design svelte du KR CYBERTECH nano ARC HW permet à deux robots de tenir dans une cellule compacte.
Une étape importante pour l’électromobilité pour l’assemblage de blocs de batteries
KOSTAL a ensuite cherché un spécialiste de l’automatisation afin de rendre le nouveau produit apte à la production en série. KOSTAL a trouvé son bonheur chez Liebherr-Verzahntechnik GmbH à Kempten. Depuis 1969 déjà, l’entreprise de l’Allg?u fournit des solutions innovantes à de nombreux constructeurs et fournisseurs automobiles, mais aussi à des clients des secteurs de la construction d’installations, de l’aérospatiale et des machines-outils.?
Viktor Bayrhof devant la cellule innovante qui a pu être présentée au Battery Show au bout d’un an et demi seulement.
Viktor Bayrhof, gestionnaire de produits pour les systèmes d’automatisation, rapporte?: ??C’était une situation gagnant-gagnant. En tant qu’acteur relativement nouveau dans le domaine de l’assemblage de batteries, nous avons trouvé un point de vente unique et de son c?té, la société KOSTAL a trouvé quelqu’un qui automatise son produit.?? L’entreprise de l’Allg?u coopère étroitement avec KUKA depuis plus de dix ans. Les trois entreprises se sont mises au travail ensemble et, après seulement un an et demi, la nouvelle cellule robotisée a pu être exposée au Battery Show de Stuttgart.
Montage : des robots insèrent des cables souples
En effet, les connecteurs de modules enfichables avec des cables flexibles offrent encore d’autres avantages, contrairement aux raccords à vis avec des busbars : Ils sont plus faciles à monter, car il suffit de connecter le connecteur et la contre-partie, et peuvent compenser les vibrations pendant le fonctionnement du véhicule, ce qui réduit les pertes de contact électrique dues à l’usure. Leur structure présente également des avantages en cas de remplacement ultérieur des modules de batterie, par exemple pour les applications de seconde vie ou le recyclage des modules dans le bloc de batteries. Le seul hic : ils sont souples et se déforment donc déjà sous de faibles contraintes de force et de moment.
Et la connexion est parfaite - une étape extrêmement importante pour le développement de l’électromobilité.
Le traitement des pièces souples nécessite une solution optimale
La manipulation de pièces souples par des machines constitue jusqu’à aujourd’hui un défi majeur dans le domaine de l’assemblage. Par exemple, les cables élastiques, qui peuvent se tordre dans n’importe quelle direction, sont difficiles à saisir par les robots. En se basant sur le KR CYBERTECH nano ARC HW, l’entreprise de Kempten a développé un préhenseur spécial qui retire les cables d’un blister. Comme le cable n’est pas prépositionné avec suffisamment de précision à l’intérieur du blister, une caméra 2D est utilisée. Celle-ci aide à déterminer les positions de préhension exactes sur le cable flexible et souple et à positionner le connecteur de module à l’extrémité du cable exactement au-dessus de la contre-partie du connecteur.
À l’aide d’une caméra 2D, les robots peuvent saisir et insérer avec précision les pièces souples de la batterie haute tension.
Des blocs-ressorts pour une utilisation précise de la force
Le connecteur devant être manipulé avec précaution, le processus d’insertion a été découplé pour permettre un déroulement sans problème. Un bloc-ressort contr?le la force transmise au connecteur et à la sécurité de verrouillage du connecteur (également appelée Connector Position Assurance ou CPA). Ensuite, un vérin pneumatique pousse le connecteur dans la contre-partie du connecteur. Ce bloc-ressort fait ressort jusqu’à ce que le couple de force de 70 newton-mètres soit atteint et que le capteur de fin de course soit déclenché. Parallèlement, la tige de verrouillage montée sur ressort pousse la CPA vers le bas. La CPA est ainsi verrouillée, le connecteur est inséré de manière s?re pour le processus et le préhenseur peut à nouveau se déplacer vers le haut. Contrairement à d’autres experts en automatisation, Liebherr ne résout volontairement pas le processus d’insertion des cables souples par des processus essai-erreur. Chaque geste doit être précis. Voilà pourquoi?: la technologie doit être adaptée à la production en série et doit donc pouvoir respecter des durées de cycle exigées. Cela a très bien fonctionné?: au lieu des 17 secondes prescrites, l’installation a atteint une durée de cycle de onze secondes.
La meilleure performance grace à la bonne combinaison robot-logiciel
Le KR CYBERTECH nano ARC HW est utilisé dans le processus d’automatisation. Ce robot industriel flexible et économique est spécialisé dans le travail avec de petites pièces et peut atteindre des positions d’insertion difficiles d’accès. Grace à la protection contre les charges ou les décharges électrostatiques incontr?lées (ESD), il est idéal pour la manipulation de composants électroniques sensibles. Pour pouvoir être utilisé dans des cellules robotisées compactes, le robot au design svelte peut exploiter de manière optimale les petits espaces.?
Grâce à l’appareil de commande portatif KUKA smartPAD, chaque étape de la production de batteries peut être suivie et pilotée.
Le logiciel KUKA.RoboTeam permet à Liebherr de faire coopérer les deux préhenseurs en mode ma?tre / esclave, ce qui permet d’imiter les bras humains de fa?on optimale. Les robots peuvent ainsi manipuler des cables de différentes longueurs et positions d’insertion ainsi que compenser les tolérances de position. L’analyse d’images intégrée aide à déterminer les positions réelles des emplacements.?Enfin, cette solution peut être utilisée non seulement pour le contact électrique, mais aussi pour d’autres composants élastiques dans la production de batteries - par exemple dans le processus d’insertion automatisé des cables de données entre le Battery Management System (BMS) et le Cell Management Controller (CMC).
Normes de qualité élevées?: équipés pour l’électromobilité
Selon Martin Klaus, Global Business Development Manager Electronics chez KUKA, de nombreuses entreprises de l’industrie automobile ne pourront rester compétitives à l’avenir qu’à l’aide de l’automatisation. ??En raison de la tendance des voitures électriques à batterie et des progrès techniques croissants dans les véhicules, la quantité et la diversité des composants électroniques complexes dans les voitures augmentent considérablement??, souligne M. Klaus, responsable du secteur Automotive Electronics. Selon M. Klaus, ces composants, comme l’inverseur, le moteur électrique, les écrans, les caméras et les appareils de commande, ??ne peuvent être fabriqués avec la qualité et la quantité requises qu’en utilisant un degré élevé d’automatisation.??
Grâce à l’interaction entre le matériel et le logiciel, les différents composants sont très faciles à contrôler.
La robotique permet de réaliser un grand nombre de processus nécessaires à la fabrication électronique.
Le nouveau partenariat pour l’assemblage de blocs de batteries est porteur d’avenir
Le spécialiste en robotique d’Augsbourg y est préparé et dispose de robots protégés contre les décharges électrostatiques et certifiés pour les salles blanches et les salles sèches dans sa gamme de produits. Viktor Bayrhof de Liebherr est du même avis. ??Les systèmes de batteries haute tension sont les composants les plus chers d’un véhicule électrique??, explique M. Bayrhof. ??Pour produire ces batteries en grandes quantités de manière rentable, l’automatisation joue un r?le clé.?? La solution élaborée par les entreprises participantes peut garantir la compétitivité des entreprises, même en période mouvementée. Ils ma?trisent ainsi durablement leur production - y compris les pièces souples.
