Wichtige Erkenntnisse
Die Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien ist für Folgendes unerlässlich:
- Nachverfolgung von Herkunft, Materialien und Produktionsgeschichte für Compliance und Qualität.
- Nachverfolgungs- und Rückverfolgbarkeitsinformationen werden mithilfe von Barcodes und Zeichen kommuniziert, die entweder auf Etiketten gedruckt oder als Direct Part Marks (DPMs) angebracht sind.
- Die Fähigkeit, diese Zeichen und Codes zu lesen, beeinflusst die Transparenz der Lieferkette und die Wirksamkeit von Track-and-Trace-Vorgängen.
- Dekodierung von herausfordernden DPMs auf reflektierenden, unregelmäßigen Oberflächen.
Die wachsende Bedeutung der Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien in einer zunehmend komplexen regulatorischen Landschaft
Die Herstellung von EV-Batterien ist eine in Abteilungen unterteilte Branche. Batteriehersteller produzieren oft eine bestimmte Größe und Form einer Zelle, wie prismatisch, zylindrisch oder als Pouch-Zellen, und liefern diese dann an einen Automobilhersteller, der sie zu Modulen und Packs zusammenbaut.
Während der Produktion müssen Automobilhersteller und EV-Batteriehersteller schnell die Abmessungen der Batterie, die Materialzusammensetzung, die Leistung und andere Attribute überprüfen, um sichere, konforme, hochwertige Batterien herzustellen. Mit der Weiterentwicklung der Fertigungstechniken und mehr Batterieproduzenten in der wachsenden Branche, wird die Identifizierung und Verifizierung des Ursprungs, der Zusammensetzung und der Produktionsgeschichte eines Bauteils immer wichtiger.
Was ist der Unterschied zwischen Rückverfolgbarkeit und Nachverfolgung in der EV-Batterieproduktion?
Rückverfolgbarkeit sammelt Informationen über den Herstellungsprozess, wie zum Beispiel, woher ein Produkt stammt, welche Materialien es enthält und wie es hergestellt wurde. Nachverfolgung sammelt und überwacht Daten bezüglich der Bewegung, Lagerung und Lieferung von Artikeln.
Hersteller erfassen und speichern diese Daten oft elektronisch, um gesetzlichen Vorschriften und internationalen Anforderungen wie den ISO-Standards (Internationale Organisation für Standardisierung) zu entsprechen.
Die Rückverfolgbarkeit und Nachverfolgung der EV-Batterieherstellung kann Informationen in jedem Schritt des Prozesses aufzeichnen, einschließlich:
- Herkunft der Rohstoffe
- Potenziell gefährliche Materialien
- Herstellungsverlauf
- Lebensdauer
Der Umfang der nachzuverfolgenden Daten und deren Zugänglichkeit hängt von Branchen- und Regierungsvorschriften ab.
Wie funktionieren Track-and-Trace-Systeme für EV-Batterien?
Barcodes und Barcode-Leser sind die Grundlage für die Rückverfolgbarkeit und Nachverfolgung von EV-Batterien. Benutzer definieren einen Artikel mithilfe von Barcode-Generierungssoftware, einschließlich seines Namens, seiner Herkunft und seiner Materialzusammensetzung. Anschließend generiert die Software einen Code, der auf einer Batterie oder einem Bauteil angebracht wird. Jedes Mal, wenn dieser Code gescannt wird, wird die im Bestandsverwaltungssystem erstellte Definition angezeigt. Benutzer können die Datenbankinformationen aktualisieren, um Änderungen zu kennzeichnen, wie zum Beispiel, wenn eine Batterie eines Elektrofahrzeugs in die nächste Fertigungsphase wechselt.
Da sich auf Etiketten basierende Barcodes lösen und verschlechtern können, prägen Hersteller in der Regel Codes, sogenannte Direct Part Marks (DPMs), auf die Teile der Batterien von Elektrofahrzeugen. Obwohl es verschiedene Markierungsmethoden und Arten von Codes gibt, sind zweidimensionale (2D) QR- und DataMatrix-Codes in der Elektrofahrzeugindustrie am weitesten verbreitet. Nur bildbasierte Barcode-Lesegeräte können DPMs lesen und dekodieren.
Warum sind Rückverfolgbarkeit und Nachverfolgung von Batterien für Elektrofahrzeuge wichtig?
Identifizierung von Problemen und Risikominderung
Die schnelle Erkennung und Diagnose von Produktionsproblemen kann die Kosten minimieren, indem verhindert wird, dass sich Probleme ausbreiten und mehrere Fertigungslinien beeinträchtigen. Je schneller ein Hersteller ein Fertigungsproblem auf seine Quelle zurückführen kann, desto schneller kann er es korrigieren.
Die Nachverfolgung von Herstellungsfehlern ist besonders bei der Elektrodenherstellung nützlich, einem der ersten Schritte bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-EV-Batterie. Die gängigste Form der Elektroden-Beschichtung, die „Nassbeschichtung“, umfasst das Mischen von Kohlenstoff, Graphit, einem Bindemittel und anderen Elementen sowie das Aufbringen der Mischung auf Anoden und Kathoden. Mängel wie Blasen, Löcher oder Verkrümmungen in der Beschichtung können eine der Hauptursachen für Kurzschlüsse und Brände sein.
Im Falle eines Batteriefehlers oder eines Herstellungsfehlers ist die Rückverfolgbarkeit der Komponenten, wie z. B. die Identifizierung der Materialien in der Elektroden-Beschichtung und des Herstellungsorts, entscheidend, um die Kosten zu begrenzen. Automobilhersteller fordern auch eine größere Rückverfolgbarkeit der Elektroden von Batterieherstellern, damit sie die Ursache schneller identifizieren können.
Das Aufdrucken von DPMs auf elektrodenbeschichteten Anoden und Kathoden zur Nachverfolgung von Herstellungsdetails und zur Nutzungserfassung gewinnt an Bedeutung. Das Lesen dieser DPMs bringt jedoch mehrere Herausforderungen mit sich. Erstens sind Elektroden-Beschichtungen sehr reflektierend und ihre Metallsubstrate dünn, was die Bildentstehung erschwert. Zweitens bewegen sich Elektroden-Beschichtungslinien oft mit hohen Geschwindigkeiten – etwa 1,5 Meter pro Sekunde – daher muss ein Barcode-Lesegerät 10 bis 15 Codes pro Sekunde lesen, um Schritt zu halten.
Bildbasierte Cognex Barcode-Lesegeräte verfügen über ein großes Sichtfeld (FoV), das es ihnen ermöglicht, mehrere Codes in einem Bild zu erfassen. Fortschrittliche Bilderstellungstechnologien wie High-Dynamic Range (HDR) und HDR+ maximieren den Bildkontrast und ermöglichen es den Lesegeräten, Codes auf reflektierenden Oberflächen zu erkennen, wodurch die Leseraten und -geschwindigkeiten erhöht werden.
Konformität mit einem digitalen Produktausweis sicherstellen
Die EV-Branche ist gut reguliert; jedoch variieren Größe und Umfang der Vorschriften zwischen Regionen und nichtstaatlichen Organisationen wie ISO.
Mit dem Aufschwung der EV-Fertigung entsteht in der Europäischen Union ein konzentrierter Einsatz zur Nachverfolgung und Rückverfolgung von EV-Batterien in der gesamten Lieferkette. Die EU plant, 2027 ein EV-Batterie-Rückverfolgbarkeitsprogramm, einen „Batteriepass“, einzuführen.
Eine Gruppe von 11 Unternehmen, darunter die Automobilhersteller BMW und Audi, führt die Initiative in Form des Battery Pass Konsortiums an. Zu den weiteren Partnern gehören Mercedes-Benz, die EV-Batteriehersteller Northvolt, CATL und LG Energy Solution sowie GS1, das internationale Standards für Barcodes und andere Kodiersysteme festlegt.
Die Organisation zielt darauf ab, eine digitale Infrastruktur für Batterien zu schaffen: einen digitalen Produktausweis (DPP). Die Bemühungen stehen im Einklang mit der neuen Batterieverordnung der EU und werden laut Konsortium Transparenz in den Lebenszyklen von Batterien bringen und nachhaltige Geschäftsmodelle einführen. Eine vom Battery Pass-Projekt veröffentlichte Studie legt nahe, dass ein Ausweisprogramm Beschaffungs- und Bearbeitungskosten senken und die Recyclingraten erhöhen wird.
QR-Codes sind das Herzstück des Batterie-Ausweisprogramms und übermitteln Informationen wie den Anteil an recycelten Materialien, Leistungs- und Haltbarkeitsanforderungen sowie ein „Chain of Custody“-System zur Gewährleistung der Rückverfolgbarkeit von Batterien.
Alle in der EU tätigen Hersteller von EV-Batterien müssen bis zum 1. Februar 2027 ein Batterie-Ausweisprogramm implementieren. Das Programm ist ein Pilotprojekt für DPPs in anderen Branchen, und es wird erwartet, dass andere Länder ähnliche Standards anwenden werden, was den Bedarf an robustem, vielseitigem Barcode-Lesen erhöht.
Was sind die Herausforderungen bei der Nachverfolgung und Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien?
Reflektierende, unregelmäßige Metallflächen und beschädigte Codes erschweren die Bildentstehung.
Obwohl DPMs der harten Umgebung der EV-Batterieproduktion standhalten können, können sie schwieriger zu lesen sein als etikettenbasierte Codes. Da DPMs in Metall eingraviert sind, ist es schwierig, den optimalen Bildkontrast zu finden; etikettenbasierte Codes sind schwarz und weiß, was es für Barcode-Scanner einfacher macht, sie zu finden und zu dekodieren.
Die Komplexität der EV-Batterieproduktion kann diese Probleme verschlimmern. Batterien können Flecken, Öl oder Kratzer aufweisen, die den Code verdecken. Taschenbatterien sind dünn und flexibel, sodass der Barcode-Scanner über eine robuste Technologie verfügen muss, um Falten und unregelmäßige Oberflächen zu berücksichtigen, die die Bilderkennung erschweren. Ebenso haben zylindrische Batterien gekrümmte, glänzende Oberflächen, die den Code verzerren und zu viel Licht zurück zum Scanner reflektieren können.
Bildbasierte Barcode-Scanner von Cognex verwenden fortschrittliche Bilderstellungs- und Codelesetechnologie, um den Bildkontrast zu maximieren und die DPM-Dekodierung für eine verbesserte Rückverfolgbarkeit zu optimieren – auch Codes in kontrastarmen Umgebungen und beschädigte Symbologien. 2DMax mit PowerGrid verwendet einen formgestützten Algorithmus, um gut markierte Codes zu identifizieren. Gleichzeitig lokalisiert ein texturgestütztes Tool beschädigte Codes, indem es Muster auf der Zelloberfläche analysiert.
Aufrechterhaltung hoher Liniengeschwindigkeiten
Batteriehersteller bemühen sich, die Durchsatzleistung zu erhöhen, um mit der Nachfrage der Automobilhersteller Schritt zu halten, und jede Sekunde zählt. Beispielsweise können bei der Produktion von zylindrischen EV-Batterien die Liniengeschwindigkeiten 240 Teile pro Minute überschreiten.
Eine Herausforderung bei einem solchen Durchsatz ist das schnelle Track-and-Trace von EV-Batterien bei gleichzeitiger Begrenzung der Anzahl der „Lesefehler“: fehlgeschlagene Versuche, einen Barcode zu lesen. Eine zu starke Erhöhung der Liniengeschwindigkeiten könnte zu mehr Lesefehlern und einem weniger effektiven Track-and-Trace führen, während eine Verlangsamung der Geschwindigkeit, um einem Codeleser das Aufholen zu ermöglichen, den Durchsatz verringern würde.
Bildbasierte Cognex Barcode-Scanner ermöglichen Hochgeschwindigkeitsvorgänge wie die EV-Batterieproduktion bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung hoher Leseraten. HDR+ erstellt ein einheitliches Bild bei einer Einzelaufnahme, reduziert gleichzeitig die Belichtungszeit und optimiert den Kontrast, was schnellere Liniengeschwindigkeiten ermöglicht.
Intermittierende Codepositionierung
Komponenten wie EV-Batteriemodule und -packs können eine Vielzahl von etikettenbasierten und DPMs aufweisen. Effiziente Nachverfolgung und Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien muss Codes während der Modul- und Pack-Montage erfassen, von Leiterplatten (PCBs) bis hin zum Befestigen der oberen Hülle am Batteriepack.
Obwohl das Erfassen von Codes auf verschiedenen Modulen und Packungen wichtig ist, müssen Automatisierungsintegratoren, Maschinenbauer und Erstausrüster (OEMs) sicherstellen, dass ihre Lösungen flexibel und kostengünstig sind. Anpassbare Barcodeleselösungen sind entscheidend, um die Umrüstzeiten bei Änderungen von technischen Daten, Anbietern, Materialien oder anderen Fertigungsvariablen zu minimieren.
Die Auswahl des richtigen Objektivs, des Sichtfelds und der Tiefenschärfe sind entscheidende erste Schritte zur Findung der optimalen Barcode-Lösung. High-Speed-Flüssiglinsen-Technologie ermöglicht es dem Objektiv, sich zu biegen und anzupassen, um das beste Sichtfeld zu finden, ohne mechanische Teile zu verwenden. Die Technologie reduziert die Anzahl der benötigten Barcode-Scanner für Anwendungen mit großem Sichtfeld oder großer Schärfentiefe – wie das Lesen zahlreicher Codes auf einem EV-Batteriepack oder Modul – und steigert gleichzeitig die Durchsatzleistung.
Um die Leseraten zu maximieren, ist es wichtig zu erkennen, wann, wo und warum Lesefehler stattfinden. Cognex hat die Edge Intelligence Plattform entwickelt, um eine Barcode-Leseanalyse in Echtzeit zu ermöglichen. Edge Intelligence kann Änderungen in der Positionierung von Etiketten erkennen, feststellen, warum ein Lesefehler aufgetreten ist, die Codequalität darstellen und mehrere Leser gleichzeitig aktualisieren. Diese Informationen können helfen, die Ursache für Lesefehler aufzudecken, und ermöglichen es den beteiligten Parteien in der Lieferkette, die Nachverfolgung und Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien zu maximieren.
Die wachsende Rolle und zunehmende Bedeutung der Rückverfolgbarkeit von EV-Batterien
Das Track-and-Trace von EV-Batteriedetails wie Produktionsgeschichte, Materialien, Chemie und Prozentsatz an recycelten Materialien ist entscheidend für eine effiziente Fertigung. Robuste Track-and-Trace-Systeme isolieren Produktionsprobleme und ermöglichen es EV-Batterieherstellern, schnell korrigierende Maßnahmen zu ergreifen, um Nacharbeiten zu vermeiden und Kosten zu minimieren. Mit dem Wachstum der Branche und der Annahme neuer Standards, wird es einen größeren Bedarf an Rückverfolgbarkeit in der gesamten EV-Batteriefertigung geben. Nachverfolgung und Rückverfolgbarkeit sind entscheidend, um die Einhaltung von Branchenvorschriften, die Risikominderung und die Optimierung von Produktionsprozessen zu gewährleisten.
Die schnelle Lokalisierung und Dekodierung von Barcodes ist die Grundlage von Track-and-Trace-Systemen für EV-Batterien. Direct Part Marks oder DPMs sind die am häufigsten verwendete Form von Codes in der Branche, obwohl einige Komponenten, wie EV-Batteriemodule und -packs, auch etikettenbasierte Codes verwenden. Das Lesen von Barcodes auf EV-Batteriekomponenten ist von Natur aus schwierig; die Optimierung der Leseraten erfordert die Maximierung des Bildkontrasts und die Fähigkeit, Codes auf nichtlinearen Reflexionsoberflächen zu lesen. Bildbasierte Barcode-Scanner von Cognex verwenden fortschrittliche Bilderstellungs- und Dekodiertechnologien, die EV-Batterieherstellern helfen, die Nachverfolgung und Rückverfolgbarkeit zu erhöhen, indem sie Codes unter schwierigen Bedingungen lesen, ohne den Durchsatz zu verlangsamen.