Come sono prodotte le batterie al litio per le auto elettriche?
Le auto elettriche sono sempre più popolari. Dunque, è importante approfondire nuovi argomenti che fino ad ora, magari non sono stati trattati a sufficienza. Parliamo del “cuore” di un’auto elettrica, ovvero il pacco batterie al litio. Le batterie per l’auto elettrica sono, forse, il componente più delicato delle nuove motorizzazioni a “zero emissioni”. È importante, dunque, avere delle accortezze durante la loro produzione, ed è quello di cui ci occuperemo in questo articolo: capire come sono prodotte le batterie per le auto elettriche. Se consideriamo un’azienda come il gruppo Volkswagen, loro hanno uno stabilimento apposito per l’assemblaggio a Mladá Boleslav, nella Repubblica Ceca che produce fino a 180 mila batterie all’anno.
Ad occhio, la linea di produzione sembra unica, ma è costituita in realtà da 3 aree distinte. Nella prima i moduli contenenti le celle agli ioni di litio, che arrivano da un fornitore esterno, sono assemblate a gruppi di quattro. Nella seconda vengono inserite nell’involucro che le ospita e quindi sigillate, mentre nel terzo si assembla la parte elettronica. Durante l’assemblaggio dei quattro moduli batteria, Skoda utilizza i moduli di un fornitore esterno che in realtà sono piccole celle della batteria finite. Questi moduli procedono lungo la prima parte della linea in due flussi paralleli, uno per la parte sinistra e uno per quella destra. Ogni modulo arriva dal fornitore con una percentuale residua di energia di circa il 20%.
È chiaro che le precauzioni di sicurezza sono necessarie sin dall’inizio del processo di produzione. Il primo passo è dotare il modulo di una speciale pellicola termoconduttrice che aiuta a migliorare il raffreddamento dell’intero set di batterie. Un dispositivo di raffreddamento chiamato cooler è inserito tra i moduli: una volta collegato, il liquido di raffreddamento scorre attraverso tale dispositivo.
Altre parti della linea gestiscono l’elettronica a bassa tensione della batteria. L’intero modulo di controllo, denominato e-box, con una propria centralina, è realizzato in una zona separata dalla linea. Questo perché la zona in questione presenta una protezione rinforzata contro eventuali sovratensioni statiche.
Questo è il motivo per cui tutti i dipendenti sul posto di lavoro indossano abiti specifici. “Pavimenti, indumenti e scarpe che devono essere certificati ESD e devono essere regolarmente testati per verificare che proteggano dall’elettricità statica sono essenziali su tutta la linea di produzione“, spiega Otakar Mašek, specialista dell’assemblaggio di batterie. Anche i singoli componenti della linea sono protetti ad-hoc.
Mentre si assemblano i moduli batteria e le e-box, in un’altra parte viene preparato l’involucro in alluminio che forma il corpo della batteria. La maggior parte del lavoro di manipolazione qui è svolto da robot, ma in alcune stazioni hanno anche personale umano nel caso in cui il robot non sia in grado di svolgere il lavoro per qualche motivo o qualche guasto. Anche il case in alluminio proviene da un fornitore. La linea riceve già tutti i componenti necessari come connettori vari, guarnizioni, battute e boccole a vite, ma anche lo scudo termico esterno che passa per il centro del case. Questo scudo protegge l’intera batteria dal calore dello scarico che scorre sotto di essa.
Quando i robot hanno terminato di assemblare l’involucro, troviamo un robot che utilizza un aspirapolvere per assicurarsi che il case sia privo di impurità che potrebbero causare problemi durante il funzionamento. Dopo aver “passato” l’aspirapolvere, il case è pronto per contenere gli elementi del pacco batterie. Anche questo passaggio è affidato ad un robot. Quest’ultimo assembla i moduli delle batterie nell’involucro, mentre un altro robot ha il ruolo di avvitare il tutto. Una volta assemblati case e moduli, sono montati altri componenti, tra cui il circuito di raffreddamento. L’installazione del cablaggio di bassa tensione è completata e il case viene fornito di materiale di riempimento e di supporto. “Le viti per il fissaggio si trovano su un carrello speciale dotato di una bilancia, in questo modo ogni tecnico è sicuro di aver utilizzato il giusto numero di viti“, dice Otakar Mašek.
Successivamente, dopo aver collegato tutti i connettori, l’addetto alla stazione successiva utilizza un pennarello per fare un segno su ogni connessione, per dimostrare di aver fatto un controllo visivo approfondito. “Questo requisito costringe il dipendente a esaminare effettivamente la connessione“, afferma Mašek. Per sigillare la batteria, basta collegare il modulo alla centralina. Il coperchio dell’involucro è fissato con una doppia guarnizione: gomma e una colla speciale. Il coperchio è avvitato da un robot.
Dopo aver assemblato le batterie, è necessario effettuare una serie di test finali. Il primo test si chiama di tenuta. Si effettuano controlli separati della tenuta del circuito di raffreddamento e della batteria nel complesso. Di tanto in tanto, tra le batterie testate compare un’unità dall’aspetto diverso. Questa è un’unità campione che verifica che l’apparato di prova della tenuta funzioni correttamente. Getti speciali possono simulare i difetti di tenuta, il che aggiunge un’altra dimensione al controllo della funzionalità dell’apparato di prova. Quando la batteria ha superato il test di tenuta, può procedere verso i test elettrici.
In questo secondo test, gli addetti controllano le parti ad alta e bassa tensione. In particolare analizzano che l’isolamento funzioni correttamente. Una volta che la batteria ha superato tutti i test, viene caricata a circa il 37% della capacità. Successivamente viene applicata un’etichetta di avvertenza, una propria etichetta a scopo di identificazione (anche questa etichetta viene stampata e apposta automaticamente sotto l’occhio vigile di una telecamera) e alcuni altri dettagli. Quando tutto ciò va a buon fine, la batteria viene spedita al magazzino. Di seguito è riportato un video sull’assemblaggio delle batterie.