전기 자동차 시장의 호황 가운데 배터리 시장을 탈환하기 위한 시장 선두주자들의 경쟁과 역량 집중이 심화되고 있습니다.
외국 경쟁사들의 진출, 완성차 제조사들의 가격 반격, 상호 제약과 균형 게임, 그리고 배터리 기술의 지속적인 업그레이드로, 배터리 제조업체는 "코어 (Core)" 에서부터 출발합니다. 배터리 제조사는 디지털 전환과 개선을 위해 대단히 필수적인 첨단 자동화 및 디지털 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다.
전기 자동차의 동력원인 배터리를 전기차에서 사용하기 위해서는 배터리 셀에서부터 모듈까지 일련의 공정을 거친 후에 전기차에 들어가는 하나의 배터리 팩으로 만들어지게 됩니다.
전체 생산 공정은 상당히 복잡합니다. 간단히 설명을 드리자면 : 전극 생산을 위한 믹싱 과 코팅 단계를 거쳐 (전공정), 셀 합성을 위해 감고 전해액을 주입하는 단계 (중간 공정), 패키징과 패키징 검사 단계 (후공정)을 포함합니다.
리튬 배터리 전공정 장비에 진공 혼합기, 코팅기, 롤러 프레스 등이 있습니다. 중간 공정에는 주로 커팅,와인딩, 적층기 (stacking machine), 전해액 주입기 등이 있습니다. 후공정은 성형기, 활성화, 테스트장비, 자동화 물류, 그리고 마지막으로 포장 자동화 기기가 포함됩니다.
발루프가 어떠한 주요 생산 장비와 공정으로 배터리 제조 공정을 자동화하고 디지털화하는데 도움을 주는지 자세하게 살펴보겠습니다.
높은 정밀도의 롤링 작업
양극과 음극재가 들어간 알루미늄 호일은 약 50톤의 압력이 가해지는 회전 롤러에 의해 롤에 말려서 코팅 재료를 누르며 에너지 밀도를 높이고 일정한 두께로 전극 재료가 도포될 수 있도록 합니다. 또한 먼지나 습도로부터 보호를 합니다. 해당 롤링 (rolling, 프레스 단계라고도 합니다) 공정에는 300에서 1,100mm의 롤러 폭과 10 ~ 120m/min의 롤링 속도, ±1.5mrc의 두께 정밀도가 요구됩니다.
이를 위해 발루프는 광섬유 포토 센서, 네트워크 모듈, 산업용 이더넷 케이블 제품로 구성된 IO-Link 통신 기술을 기반으로 하는 솔루션을 제공합니다. 더불어 롤 프레스 공정에서 요구되는 높은 정밀도를 충족하기 위해 발루프는 알루미늄 호일의 폭과 정렬 정도를 점검하기 위해 고해상도 카메라 BVS를 사용하시는 것을 추천합니다.
와인딩과 라미네이팅 공정
배터리 셀을 사이즈에 맞게 재단하는 슬리팅 (slitting)과 건조 (drying) 공정을 거치고 난 후에는 배터리 셀을 제작하는 공정으로 넘어갑니다. 배터리 셀 제작 공정은 스태킹 (stacking)과 와인딩 (winding) 방식으로 나뉩니다. 스태킹 공정은 ±0.1 mm내 정확도, 분당 60rpm의 속도, 최대 리니어 속도 2,500 mm/s, 4% 미만의 장력 변동이 요구됩니다.
해당 어플리케이션에 발루프는 정밀한 엣지 컨트롤, 직경 및 두께 측정을 위한 BLA 광선 센서를 사용하여 AS-i 통신 방식 대신에 Safety-over-IO-Link 통신 방식을 도입하고 케이블 배선과 버스 노드를 줄여 IO-Link 네트워크를 보다 더 쉽게 통합하였습니다.
배터리 셀 조립
프로토타입의 와인딩이 끝나면 코어의 안정적인 조립이 양산 생산에서 매우 중요한 부분입니다. 배터리 코어 삽입, 코어 납땜 (soldering), 용접 홈 가공 (grooving), 채우기 (filling), 씌우기 (capping), 코어 밀봉 (sealing) 및 세척 및 덮개 씌우기로 조립 공정이 구성되어 있습니다.
발루프의 BVS 비전 센서는 고품질 용접 공정을 위한 용접 위치를 안내하는 역할을 합니다. 발루프의 BIS 식별 시스템은 코어 조립 공정에서 부품 팔레트를 안정적으로 추적하는 목적으로 사용됩니다. 센서, RFID, 그리고 액추에이터는 분산식 IO-Link 마스터를 기반으로 연결되어 전체 배터리 셀 조립 라인의 비용을 절감하고 지능형 통신 기능을 향상시킵니다.
전극 생산, 배터리 셀 조립, 화학적 밀봉 (Encapsulation) 및 PACK 공정 전반에 발루프는 센서 식별 기술과 관련한 IO-Link 디지털 통신 기술로 모든 공정 장비와 파워 배터리 생산 라인에 효율적, 안정적이면서 동시에 경제적인 자동화 솔루션을 실현합니다.
발루프는 파워 배터리 제조사들을 위한 스마트 제조의 청사진을 드릴 수 있습니다.
