La fabrication de batteries pour véhicules électriques connaît une évolution rapide, stimulée par une demande croissante en autonomie et performances. Les cellules cylindriques, composants essentiels de ces batteries, font l’objet d’innovations constantes. Un nouveau système de bobinage flexible vient d’être mis en service, offrant des possibilités inédites pour la recherche et la production de cellules de batterie de nouvelle génération.
Un système de bobinage novateur au service de la recherche sur les batteries
Le Centre pour la fabrication numérisée de cellules de batterie (ZDB) de l’Institut Fraunhofer pour l’ingénierie de fabrication et l’automatisation IPA, en collaboration avec acp systems AG, a mis en service un système de bobinage pour cellules de batterie cylindriques. Leur équipement se distingue par sa capacité à produire des formats flexibles et des conceptions variées.
Selon Julian Grimm, responsable de l’équipe de recherche à Fraunhofer IPA et directeur adjoint du ZDB : «Au ZDB, nous couvrons toutes les étapes du processus impliquées dans la fabrication d’une cellule de batterie. Le processus de bobinage constitue l’une des étapes centrales dans la production de cellules cylindriques, car le rouleau de gelée représente le cœur de la cellule de batterie.»
L’installation de ce système de bobinage complète une ligne de production entièrement numérisée, unique en Europe, pour la fabrication de cellules de batterie cylindriques destinées aux batteries lithium-ion et aux technologies futures comme les batteries sodium-ion.
La flexibilité et l’innovation au cœur du processus
Le nouveau système de bobinage se caractérise par sa polyvalence exceptionnelle. Il permet de réaliser différents formats de cellules dans diverses tailles et conceptions de languettes, y compris des designs sans languette. Cette flexibilité s’avère essentielle pour le développement de cellules de grand format, une tendance actuelle dans l’industrie automobile.
Julian Grimm explique : «Dans les cellules rondes, la tendance s’oriente vers des formats de cellules plus grands, qui occupent plus d’espace en termes de diamètre et de hauteur. Cela signifie que le rouleau et la cellule elle-même finissent par être plus grands. Mais le problème est que plus les cellules sont grandes, plus il devient difficile de collecter le courant et de dissiper la chaleur.»
Les conceptions innovantes de cellules développées grâce à ce système visent à assurer l’homogénéité dans les cellules cylindriques, permettant ainsi l’utilisation de formats de cellules plus grands. Ces cellules de plus grande taille, contenant davantage de matériau actif, peuvent atteindre une densité énergétique supérieure, ce qui se traduit par une augmentation de l’autonomie des véhicules électriques.
Une approche numérique pour une production optimisée
L’ensemble du processus de production bénéficie d’une numérisation et d’une interconnexion complètes. Des capteurs collectent des données en temps réel, agrégées dans le cloud. Les technologies de traçabilité développées à Fraunhofer IPA permettent d’associer les données recueillies aux cellules de batterie produites.
Cette approche basée sur les données offre plusieurs avantages :
– Minimisation des déchets
– Amélioration de la qualité
– Analyse détaillée des conditions de production
– Développement de services de surveillance, d’analyse et de prédiction
Grâce à ces innovations, le processus de production peut être constamment amélioré, et les sources d’erreur peuvent être éliminées plus rapidement qu’auparavant.
Le système de bobinage nouvellement mis en service ouvre des possibilités significatives pour l’industrie des batteries. Julian Grimm souligne encore : «La combinaison d’une conception de cellule innovante et d’approches agiles de production constitue la clé pour répondre aux exigences d’un paysage énergétique en rapide évolution, permettant des lancements sur le marché plus rapides de nouvelles solutions et favorisant le développement de technologies de batteries durables et de haute qualité.»
Les fabricants et utilisateurs d’électrodes, de séparateurs et de cellules sont en mesure également d’utiliser ce système pour tester leurs prototypes, produits, composants de cellules, matériaux et conceptions. Cette plateforme de recherche et de production polyvalente pourrait ainsi accélérer l’innovation dans le domaine des batteries pour véhicules électriques, contribuant à l’amélioration continue des performances et de la durabilité de ces technologies essentielles à la transition énergétique.
Légende illustration : Rouleaux de gelée et cellule de batterie cylindrique produits par Fraunhofer IPA (cellule ronde 21700 en conception continue sans languette). © Fraunhofer IPA/Rainer Bez
