Perché la tracciabilità delle batterie per EV è fondamentale per la scalabilità, la produttività e la qualità

La produzione di batterie per EV è un settore compartimentato. I produttori di batterie spesso producono una dimensione e una forma specifiche di una cella, come prismatica, cilindrica o pouch, quindi spediscono le celle a una casa automobilistica che assembla le celle in moduli e confezioni.

Durante la produzione, le case automobilistiche e i produttori di batterie per EV sono tenuti a verificare rapidamente le dimensioni della batteria, la composizione del materiale, le prestazioni e altri attributi per produrre batterie sicure, conformi e di alta qualità. Man mano che le tecniche di produzione si evolvono e sempre più produttori di batterie entrano nel settore in crescita, l’identificazione e la verifica dell’origine, della composizione e della storia di produzione di un componente diventeranno sempre più importanti.

Qual è la differenza tra tracciabilità e monitoraggio nella produzione di batterie per EV?

La tracciabilità raccoglie informazioni sul processo di produzione, come l’origine di un prodotto, i materiali che contiene e le modalità con cui è stato realizzato. Il monitoraggio consiste nella raccolta e monitoraggio dei dati di movimentazione, conservazione e spedizione degli articoli.

I produttori spesso registrano e archiviano questi dati elettronicamente per rispettare le normative governative e i requisiti internazionali, come gli standard dell’Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO).

La tracciabilità e il tracciamento della produzione di batterie per EV possono registrare le informazioni in ogni fase del processo, tra cui:

• Origini delle materie prime
• Materiali potenzialmente pericolosi
• Cronologia della produzione
• Vita utile

La portata di quali dati tenere traccia e la loro accessibilità dipende dalle normative del settore e governative.

Come funzionano i sistemi track-and-trace delle batterie per EV?

I codici a barre e i lettori di codici a barre sono alla base della tracciabilità e del tracciamento delle batterie per EV. Gli utenti definiscono un elemento utilizzando il software di generazione di codici a barre, inclusi il nome, l’origine e la composizione del materiale. Quindi, il software genera un codice che viene applicato a una batteria o a un componente. Ogni volta che il codice viene scansionato, viene visualizzata la definizione creata nel sistema di gestione dell’inventario. Gli utenti possono aggiornare le informazioni del database per indicare le modifiche, ad esempio quando una batteria per EV passa alla fase di produzione successiva.

Dal momento che i codici a barre basati su etichette possono cadere e degradarsi, i produttori in genere imprimono sulle parti della batteria per EV i codici chiamati direct part mark (DPM). Sebbene esistano vari metodi di marcatura e tipi di codici, i codici QR e Data Matrix bidimensionali (2D) sono i più comuni nel settore dei veicoli elettrici. Solo i lettori di codici a barre basati su immagini possono leggere e decodificare i DPM.

Perché il tracciamento e il monitoraggio delle batterie per EV sono importanti?

Individuare i problemi e mitigare i rischi

Riconoscere e diagnosticare rapidamente i problemi di produzione può ridurre al minimo i costi impedendo la diffusione dei problemi e l’interessamento di più linee di produzione. Più rapidamente un produttore riesce a risalire alla causa di un problema di produzione, più velocemente è in grado di correggerlo.

Il track-and-trace per rilevare i problemi di produzione è particolarmente utile nella produzione di elettrodi, uno dei primi passi della produzione di una batteria per EV agli ioni di litio. La forma più comune di rivestimento degli elettrodi, il “rivestimento umido”, consiste nel mescolare carbonio, grafite, un agente legante e altri elementi e nel versare la miscela su anodi e catodi. Difetti come bolle, fori o irregolarità nel rivestimento possono essere una delle principali cause di cortocircuito e incendio.

In caso di guasto della batteria o di problemi di produzione, la tracciabilità dei componenti, come l’identificazione dei materiali nel rivestimento degli elettrodi e il luogo in cui è stato prodotto, è fondamentale per mitigare i costi. Le case automobilistiche chiedono anche una maggiore tracciabilità degli elettrodi da parte dei produttori di batterie in modo che possano individuare la causa principale più rapidamente.

La marcatura DPM su anodi con rivestimento elettrodico, per tracciare i dettagli di produzione e monitorare l’utilizzo, si sta diffondendo sempre di più. Tuttavia, la lettura di questi DPM comporta molteplici sfide. Innanzitutto, i rivestimenti degli elettrodi sono altamente riflettenti e i loro substrati metallici sono sottili, complicando la formazione di immagini. In secondo luogo, le linee di rivestimento degli elettrodi spesso si muovono ad alte velocità, circa 1,5 metri al secondo, quindi un lettore di codici a barre deve leggere da 10 a 15 codici al secondo per stare al passo.

I lettori di codici a barre basato su immagini Cognex hanno un ampio campo visivo (FoV), che consente loro di acquisire più codici in un’unica immagine. La tecnologia avanzata per la formazione di immagini, come l’HDR (High-dynamic Range) e l’HDR+, massimizza il contrasto delle immagini e consente ai lettori di riconoscere i codici sulle superfici riflettenti, aumentando la velocità e il tasso di lettura.

Garantire la conformità con un passaporto digitale del prodotto

Il settore dei veicoli elettrici è ben regolamentato; tuttavia, le dimensioni e la portata delle normative variano tra le regioni e le organizzazioni non governative come l’ISO.

Con l’aumento della produzione di veicoli elettrici, nell’Unione europea sta emergendo un’iniziativa concentrata per il track-and-trace delle batterie per EV in tutta la supply chain. Nel 2027 l’UE ha in programma di adottare un programma di tracciabilità delle batterie per EV, un “passaporto delle batterie”.

Un gruppo di 11 aziende, tra cui le case automobilistiche BMW e Audi, guida l’iniziativa sotto forma del The Battery Pass Consortium. Altri partner includono Mercedes-Benz, i produttori di batterie per EV Northvolt, CATL e LG Energy Solution e GS1, che stabilisce standard internazionali per codici a barre e altri sistemi di codifica.

L’organizzazione mira a creare un’infrastruttura digitale per le batterie: un passaporto digitale del prodotto (DPP). Lo sforzo si allinea con il nuovo regolamento UE sulle batterie e porterà trasparenza ai cicli di vita delle batterie e introdurrà modelli di business sostenibili, secondo il consorzio. Uno studio pubblicato dal progetto Battery Pass suggerisce che un programma di passaporto ridurrà i costi di approvvigionamento e di elaborazione, aumentando al contempo i tassi di riciclaggio.

I codici QR sono il cuore del programma di passaporto per le batterie e trasmettono informazioni come il contenuto di materiale riciclato, i requisiti di prestazione e durata e un sistema di “catena di custodia” per garantire la tracciabilità delle batterie.

Tutti i produttori di batterie per EV che operano nell’UE devono implementare un programma di passaporto delle batterie entro il 1° febbraio 2027. Il programma è un progetto pilota per i DPP in altri settori e si prevede che altri paesi applichino standard simili, aumentando la necessità di una lettura dei codici a barre robusta e versatile.

Quali sono le sfide del track-and-trace delle batterie per EV?

Le superfici metalliche riflettenti irregolari e i codici danneggiati complicano il formato dell’immagine;

Sebbene i DPM possano resistere al duro ambiente di produzione delle batterie per EV, possono essere più complicati da leggere rispetto ai codici basati su etichette. Poiché i DPM sono impressi nel metallo, è difficile trovare il contrasto ottimale delle immagini; i codici basati su etichette sono in bianco e nero, il che li rende più facili da trovare e decodificare per gli scanner di codici a barre.

Le complessità della produzione di batterie per EV possono esacerbare questi problemi. Le batterie possono presentare macchie, olio o graffi che ostruiscono il codice. Le batterie pouch sono sottili e flessibili, quindi il lettore di codici a barre deve essere dotato di una tecnologia avanzata in grado di gestire pieghe e superfici irregolari che complicano il riconoscimento delle immagini. Allo stesso modo, le batterie cilindriche presentano superfici curve e lucide che possono distorcere il codice e riflettere troppa luce sullo scanner.

I lettori di codici a barre basati su immagini Cognex utilizzano una tecnologia avanzata di formazione e lettura di immagini per massimizzare il contrasto delle immagini, ottimizzando la decodifica DPM, anche in ambienti a basso contrasto e simbologie danneggiate, per una migliore tracciabilità. 2DMax con PowerGrid utilizza un algoritmo basato sulla forma per identificare i codici ben marcati. Allo stesso tempo, uno strumento basato sulla texture localizza i codici danneggiati analizzando i modelli sulla superficie della cella.

Mantenere velocità di linea elevate

I produttori di batterie si sforzano di aumentare la produttività per tenere il passo con la domanda delle case automobilistiche e ogni secondo conta. Ad esempio, in una produzione di batterie cilindriche per EV, le velocità della linea possono superare 240 parti al minuto.

Una sfida di produzione come questa è il monitoraggio e il tracciamento rapidi delle batterie per EV, limitando al contempo il numero di “mancate letture”: tentativi non riusciti di leggere un codice a barre. L’aumento eccessivo della velocità di linea potrebbe comportare più mancate letture e un track-and-trace meno efficaci, mentre il rallentamento della velocità per consentire a un lettore di tenere il passo ridurrebbe la produzione.

gli scanner di codici a barre basati su immagini Cognex facilitano operazioni ad alta velocità come la produzione di batterie per EV, mantenendo al contempo elevati tassi di lettura. La tecnologia HDR+ crea un’immagine uniforme in una singola acquisizione, riducendo contemporaneamente i tempi di esposizione e ottimizzando il contrasto, consentendo velocità di linea più elevate.

Posizionamento intermittente del codice

Componenti come i moduli e i pacchi batteria per EV possono avere una varietà di etichette e DPM. Il monitoraggio efficiente delle batterie per EV e la tracciabilità devono acquisire codici in tutti i processi di assemblaggio dei moduli e dei pacchi, dalle schede a circuito stampato (PCB) al fissaggio del rivestimento superiore al gruppo batteria.

Sebbene l’acquisizione di codici su moduli e pacchi diversi sia importante, gli integratori di automazione, i costruttori di macchine e i produttori di apparecchiature originali (OEM) devono garantire che le loro soluzioni siano flessibili e convenienti. Le soluzioni di lettura adattabili dei codici a barre sono fondamentali per ridurre al minimo i tempi di cambio quando si modificano specifiche, fornitori, materiali o altre variabili di produzione.

Trovare la lente, il campo visivo e la profondità di campo giusti sono i primi passi fondamentali per individuare la soluzione di codici a barre ottimale. La tecnologia a lenti liquide ad alta velocità consente alla lente di piegarsi e adattarsi per trovare il miglior campo visivo senza utilizzare parti meccaniche. La tecnologia riduce il numero di scanner per codici a barre necessari per applicazioni con ampio campo visivo o profondità di campo, come la lettura di numerosi codici su un gruppo batteria o modulo per EV, aumentando al contempo la produttività.

Per massimizzare i tassi di lettura, è importante identificare quando, dove e perché si verificano le mancate letture. Cognex ha sviluppato la piattaforma Edge Intelligence per fornire analisi di lettura dei codici a barre in tempo reale. Edge Intelligence è in grado di identificare le modifiche nel posizionamento delle etichette, scoprire perché si è verificata una mancata lettura, tracciare la qualità del codice e aggiornare più lettori contemporaneamente. Queste informazioni possono aiutare a scoprire la causa principale delle mancate letture, consentendo alle parti di tutta la supply chain di massimizzare il track-and-trace delle batterie per EV.

Il ruolo e l’importanza crescente della tracciabilità delle batterie per EV

Il track-and-trace dei dettagli delle batterie per EV, come la loro storia di produzione, i materiali, la chimica e la percentuale di materiali riciclati, è fondamentale per una produzione efficiente. I robusti sistemi track-and-trace isolano i problemi di produzione e consentono ai produttori di batterie per EV di intraprendere rapidamente azioni correttive per prevenire la rilavorazione e ridurre al minimo i costi. Mentre il settore continua a crescere e vengono adottati nuovi standard, ci sarà una maggiore necessità di tracciabilità in tutta la produzione di batterie per EV. Il track-and-trace è fondamentale per rispettare le normative del settore, mitigare i rischi e ottimizzare i processi di produzione.

Individuare e decodificare rapidamente i codici a barre è alla base dei sistemi track-and-trace delle batterie per EV. I direct part mark, o DPM, sono la forma più comune di codici nel settore, anche se alcuni componenti, come i moduli e i gruppi batteria per EV, utilizzano anche codici basati su etichette. La lettura dei codici a barre sui componenti delle batterie per EV è intrinsecamente difficile; l’ottimizzazione dei tassi di lettura richiede la massimizzazione del contrasto delle immagini e la capacità di leggere i codici su superfici speculari e non lineari. I lettori di codici a barre basati su immagini Cognex utilizzano una tecnologia avanzata di formazione e decodifica delle immagini che aiuta i produttori di batterie per EV ad aumentare il track-and-trace leggendo i codici in condizioni difficili senza rallentare la produttività.