バッテリー製造の自動化を最適化するコンプリートガイド

センサとネットワーク技術による OEEの最適化とコスト削減、装置の性能強化 バッテリー製造の自動化を 最適化するコンプリートガイド 今すぐ スタート www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 2 バッテリー製造の自動化を最適化するコンプリートガイド すべての装置とプロセスを 最大限に活用 スラリー混錬 エージング セル仕上げ 電極製造 積層 成形 塗工と乾燥 セル組立て モジュール化/ パック組立て ノッチングプレス ロールプレス www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 3 バッテリー製造のガイドライン バッテリー製造の未来 リチウムイオンをはじめとするバッテリー技術は、モビリティと充電に革命をもたらしつつあ ります。しかし、この急速に拡大する分野でリードするためのビジョンや技術、パートナーを お持ちですか？世界的な電気自動車へのシフトは、装置メーカーやバッテリーメーカーにか つてないチャンスをもたらしています。 Porsche Consultingによると、世界のバッテリー市場は2030年までに200億ユーロから 5,500億ユーロに成長すると予想されており、これは世界で最も早い成長率の産業のひとつ となります。 しかし、競争の激化により正しいビジョンを掲げるだけでは不十分になってしまいます。企業 が成功するためには、最先端の技術とプロセスも必要なのです。 € 5,500億 € 200億 2024 2030年までの世界のバッテリー市場 2030 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 4 バッテリー製造のガイドライン 卓越した製造への道を開拓 装置メーカーやバッテリーメーカーに限らず、装置に適した自動化技術を理解し活用することは、OEE(総合設備効率)の向上と生産コスト削減のカギとなります。このガイドラインは、バッテリー製造のあら ゆる側面を最適化し、電動モビリティを推進するコラボレーションを促進するための洞察と戦略を提供します。 バッテリーの製造プロセスを最適化する装置の構築 インテリジェントな自動化によるバッテリー製造の最適化 装置メーカーは、進化する顧客の仕様に対応した先進的で信頼性ある効率的な装置を提供しなけれ バッテリーメーカーは、コストを削減しながら、より高速で、より品質の高い、スケーラブルな生産を実現する ばなりません。そのためには、最新の技術とコンポーネント、ソリューションの活用が必要不可欠です。 という困難な課題に直面しています。インテリジェントなセンサやIO-Linkシステム、トラック&トレース、状態 スマートセンサやデジタルネットワークソリューション、トラック&トレース、状態監視システムを取り入 監視システムなどの高度な自動化技術は、生産ラインを大幅に強化します。これらのソリューションにより、 れることで、製造のボトルネックを最小化し、新たなビジネスチャンスを生み出す、優れた効率性の将 優れた品質とコスト削減、OEEの向上を達成できます。 来性ある装置を構築することができます。 ■ インテリジェントなセンサで品質管理を自動化し、生産パラメータの調整でムダを最小限に抑制 ■ 計測・位置決めセンサで装置の性能を確保 ■ IO-Link通信でセンサとPLC間の通信をデジタル化 ■ IO-Linkによるシステム構築でハードウェアコストと装置の稼働率を向上 ■ RFIDや光学識別のシステムで生産プロセス全体の在庫管理と材料や部品、仕掛品を追跡 ■ RFIDシステムの導入でトラック&トレースのプロセスを促進し、製品品質と在庫管理を確保 ■ 状態監視で機器の寿命を延ばし、メンテナンスコストの削減とOEEの向上を実現 ■ 予兆保全を実現する状態監視ソリューション www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 5 目次 電極製造 6 バッテリー交換とリサイクル 32 セル組立て 13 卓越したアプリケーション 33 セル仕上げ 15 バルーフとは 34 モジュール化/パック組立て 18 注目の技術 状態監視 23 IO-Link 24 RFID 27 光学識別 30 センサ 31 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 6 バッテリー製造の主要なプロセスの最適化 電極製造 バッテリー製造の品質を決定付ける、 最初のコンポーネント www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 7 電極製造 スラリー混錬の効率性向上 バッテリー製造のスラリー混錬では、活物質と結合剤、添加剤を溶剤と混ぜ合わせ、電極をコーティングするための均一な混合物を製造します。 均一な粒子分散と温度、圧力、粘度の正確な制御は、最終製品の品質を確保するためのカギです。 最適なセンサ技術を活用することで、バッテリーメーカーは生産時間を短縮でき、材料の不均一性をなくし、よりスムーズな運用を実現できます。 ミキサーの状態を監視す る状態監視センサ BCM 配管システムの圧力と温度 を監視する圧力センサBSP と温度センサ BFT タンクのレベルを計測す る超音波センサ BUS www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 8 生産性を高めるアプリケーション事例 配管システムの圧力・温度監視 各プロセスにおいて高度な自動化技術を取り入れることで、円滑なプロセスの運用と混乱の排 スラリー混錬中、圧力と温度を適切な状態に維持することは、材料の均一性の確保にとって極 除、一貫した結果を得ることができます。 めて重要なことです。配管やタンクに設置された圧力・温度センサにより、オペレーターは混錬 プロセス中にこれらの重要なパラメータを詳細に監視することができます。 状態監視センサによるミキサーの状態監視 利点：安定した圧力と温度により、スラリーの望まない粘性の増減を防ぎ、最終製品の均一な粒 子分散を確保します。 スラリー混錬のプロセスを通して、ミキサーの状態を把握することはとても重要です。状態監視 センサは、稼働状態のデータをリアルタイムで取得し、潜在的な障害を早期に検知・通知するこ とができます。これにより、予期せぬダウンタイムを削減し、保全チームが将来を見越して対応で 超音波センサによるタンクのレベル計測 きます。 スラリータンクの正確なレベル計測は、常に適切な量の原料が混合されているかを判断するう 利点：ミキサーの摩耗やアライメントのズレを早期に検出することで、突発的な障害を回避でき、 えで非常に重要です。超音波センサはこのタスクに最適で、スラリーの粘度が変化するような厳 製造遅延を削減することができます。 しい環境でも信頼性の高いレベル計測を提供します。 利点：継続的なタンクのレベル監視により、過充填や充填不足を回避し、混錬中の原料の適切 IO-Linkによるスラリー混錬の最適化 なバランスを確保することができます。 状態監視も必要不可欠ですが、アナログ信号とデジタル信号の両方を同様に接続できること も、効率性を高めるためには重要なことです。IO-Linkの技術でデバイスからのアナログデータを デジタル化し、処理・分析することで、スラリー混錬のプロセスをより適切に制御することができ ます。 利点：センサの接続をデジタル化することで、オペレーターはさまざまなプロセスパラメータを 遠隔から監視でき、機器の活用の最適化と全体的な生産効率の向上を実現できます。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 9 電極製造 塗工・乾燥プロセスの最適化で効率性を向上 塗工・乾燥プロセスでは、電極の品質を確保するために複数のパラメータを厳密に管理する必要があります。光電センサはロール・ツー・ロール搬送の運用をサポートし、 リニアスケールはロールプレスの均一な圧力を調整し、トレーサビリティのソリューションは生産ライン全体で電極コイルを追跡できるようにします。これらの技術を導入 することで、ダウンタイムを最小限抑えながら、効率的な運用と高い製品品質を実現することができます。 排気用ファンの健康状態を 監視する状態監視センサ BCMとCMTK 塗工・乾燥の状態を 見える化する SmartLight 電極コイルを正確に識別 するRFIDシステム アナログのプロセスデータを デジタル化して伝送するIO-Link www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 10 装置に付加価値を与え、これらのプロセスの改善に役立つ自動化技術の事例 材料のテンションを監視する傾斜センサ をいくつかご紹介します。 傾斜センサは、塗工・乾燥プロセス間で電極フィルムを適切なテンションで搬送するための調整をサ ポートします。これにより、塗工のムラや材料の損傷を防止します。 アナログのプロセスデータをデジタル化して伝送 IO-Linkゲートウェイにより、圧力センサと温度センサからPLCへ送るデータをデジタル化することで フィルムロールの交換時期を確保する光電距離センサ 効率的に伝送でき、安定したプロセス条件を維持することができます。 光電距離センサは、ロールに残っているフィルムの量を測定することで、プロセスを中断せず、作業者 が最適なタイミングでロールを交換できるようにします。 塗工・乾燥の状態を見える化するSmartLight スマートなLED積層信号灯は、乾燥温度や塗工の速度などのプロセスパラメータをリアルタイムの 超音波センサによる材料の残量監視 見える化でフィードバックし、逸脱に対し即座に対応できるようにします。 超音波センサは材料の色や透明度に依存せず、残量を確実に測定します。これにより、塗工プロセス を中断することなく継続することができます。 排気用ファンの健康状態を監視する状態監視センサ 状態監視センサは排気用ファンの性能を監視し、振動や温度の上昇などの変化を早期に検出するこ 電極コイルを正確に識別するRFIDシステム とで、予兆保全の実現とコストのかかる中断を回避します。 RFIDシステムは、電極ロールの追跡と管理をサポートし、塗工プロセス全体を通して正しい材料が 使用していることを確保し、誤った材料を使用してしまうヒューマンエラーを防止します。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 11 電極製造 ロールプレスのデジタル化 ロールプレスでは、圧力や温度、ローラーの位置などのパラメータを正確に制御することが、安定した電極の厚みと品質を実現するために必要です。センサやIO- Link、見える化のデバイスを取り入れることで、これらのパラメータをリアルタイムで監視・調整でき、安定したスループットを確保し、不良品製造のリスクを低減し ます。 スマートライト 自由に設定できる色彩と個別にプログラムできるセグ 誘導型距離センサ メントで、装置やシステムの状態を光と音で表示 ローラーの位置の正確な制御 と信頼性高い監視 IO-Linkゲートウェイ/ハブ センサデータのリアルタイム伝送で生産 性を最大化し、ケーブルの省配線でハー ドウェアコストを削減 デジタルポジションインジゲータ 直感的なユーザーガイダンスで 効率的なフォーマット変更 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 12 電極製造 ノッチングプレスのデジタル化とトレーサビリティ ノッチングプレスでは、各電極の正確な成型と各金型の確実な識別が、一貫した製品品質を維持するためのカギとなります。金型識別のためのRFIDシステム、金型の位置決め 用センサ、効率的なケーブル配線とデジタル化されたデータフローを実現するIO-Linkの導入により、バッテリーメーカーはリアルタイムのトレーサビリティを実現し、運用を最 適化できます。これらの技術が連携することで、すべての金型の検証と正確なプレスが実現でき、よりスムーズで信頼性高い生産プロセスを構築できます。 RFIDシステムによる金型の識別 ご存じですか？ RFIDを導入し、ノッチングプレス用金型の検 証・追跡を自動化することで、常に正しい金型 IO-Linkゲートウェイとハブを活用することで、センサとアクチュエータを が使用されます。これにより、ヒューマンエ シームレスに統合でき、ノッチングプレスにおけるすべての重要なパラメ ラーのリスクを回避でき、全体的な効率性が向 ータの集中制御とリアルタイム監視が可能になります。この取り組みは、 上します。 ケーブル配線の複雑さとハードウェアコストを削減するだけでなく、メン テナンスとデバイスの交換をシンプルにします。 磁歪式リニアスケールによる金型の位置監視 磁歪式リニアスケールを活用することで、ノッチングプレス用金型の 位置を常に監視でき、正確で一貫性のあるプレスを実現できます。 この技術は非接触の動作原理で機械的摩耗がなく、金型の寿命延 長に貢献します。 アプリケーションに応じて、プロファイル形、円筒 形、ロッド形の形状、アナログ信号またはIO-Linkの インタフェースなど、自由に選択できます。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 13 バッテリー製造の主要なプロセスの最適化 セル組立て セル組立てでは、高度なセンサを取り入れることで、コンポーネン トの検証から正確な位置決めまで、すべてのプロセスを正確かつ 確実に行うことができます。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 14 セル組立て センサで正確なセル組立てのプロセスを確保 セル組立てでは、部品のチェックから最終の配置まで、各プロセスを正確かつ確実に行うためにセンサは重要な役割を担います。こちらの事例ではさまざまな種類のセンサがどのようにプロセ スに貢献しているかを紹介しています。 コード認識によるセル組立ての品質確保 光電センサによる確実なコンポーネント検出 光学識別センサは、コンポーネントに印字されたバーコードや 光電センサは、セル組立てにおけるコンポーネントの正確な検 2次元コードを確実に読み取ることで、継続的な品質管理を確保 出と位置決めを確保します。周囲光の条件が変化する厳しい環 します。統合されたIO-LinkやIIoTインタフェースを使用すること 境でも安定した性能を発揮します。 で、プロセスの信頼性を高め、振動やコード品質などの状態監視 をサポートします。 フォトマイクロセンサによる限られたスペースからの位置決め 設置スペースに制限がある環境のために開発されたフォトマイ クロセンサは、位置決めのタスクに高い精度と信頼性を提供し ます。コンパクトなデザインと優れた繰返し精度は、セル組立 てのツールやコンポーネントの位置決めに最適です。 このセンサの主なアプリケーション： ■ 薄い物体の有無検知(シムやカムなど) ■ リニア搬送や位置決めシステムの終端位置検出と位置決め ■ 回転方向と回転数の検出(回転体の場合) 磁歪式リニアスケールによる超音波ホーンの位置決め 磁歪式リニアスケールは、超音波ホーンの正確で摩耗のない 監視を実現し、超音波溶接の正確な制御を確保します。その 柔軟性と繰返し精度により、要求の厳しいアプリケーション に最適です。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 15 バッテリー製造の主要なプロセスの最適化 セル仕上げ エラーのない成形とエージングを実現する、デジタル化と自動化 のためのセンサ・ネットワークソリューション エージングの正確な温度監視から高層ラック式倉庫のロボットや スタッカークレーンの信頼性高い位置決めまで www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 16 ユースケース EVメーカーが採用したセルのエージング 工程における温度監視のデジタル化 セルのエージング工程では、温度を把握することが品質を確 保するためのカギです。バルーフのIO-Link対応アナログハブ は、白金抵抗の信号をデジタル化し、必要な配線量を減らし、 設置の簡素化とコスト削減を実現しました。 ■ ケーブルの省配線で立上げとメンテナンスの時間を削減 ■ 短絡・過負荷検知機能で安全性と信頼性が向上 ■ PROFINET、EtherNet/IP、CC-Link IE Field、EtherCATへ カンタン統合 20 % コスト削減を実現 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 17 バッテリー倉庫内の精密なロボットの位置決め バッテリー倉庫内での確実な物体検出 磁気エンコーダシステムは正確な位置決めを確保し、バッテリー 光電センサは、その信頼性高い物体検出で、スタッカークレーンの 倉庫内の作業の効率性と精度を高めます。 位置決めやパレットの有無検知で標準的に使用されています。 ■ 非接触の測定原理により、システムの信頼性向上と耐用年数の延長を実現 ■ 表面状態や色、材質にほぼ依存せず、さまざまな距離でターゲット確実に検出 ■ 最長48 mの長距離測定により、さまざまな保管環境へも柔軟に対応 ■ 反射率が変化しても、検出範囲はほぼ一定 ■ 優れた分解能と精度により、動的アプリケーションが要求する位置決めタスクに最適 ■ アプリケーションに応じて、赤色光、青色光、小型部品の検出に最適な赤色レーザーから自由に選択 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 18 バッテリー製造の主要なプロセスの最適化 モジュール化/パック組立て モジュール化/パック組立ての効率的な運用は、正確なハンドリングと完璧な トレーサビリティ、製造の各プロセスにおける柔軟性によって決まります。セル をモジュール化する場合でも、バッテリーパックを完成させる場合でも、センサ を基にした自動化はシームレスな統合を確保し、ヒューマンエラーを最小限 に抑えます。自動化された追跡と監視技術は、原材料から最終的なパック組 立てに至るまで、あらゆるプロセスでバッテリーメーカーに完璧な見える化を 提供します。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 19 バッテリーのモジュール化/パック組立てでは、効率性と信頼性、精度が製造の要求を満たすカギとなります。ここでは、対象となるソリューションが運用を合理化し、最適なパフォーマンスを発揮させるいく つかのアプリケーションをご紹介します。 確実なバッテリーセルの有無検知 末端までのトレーサビリティを確保 Cell-to-Pack技術を使用したモジュール製造では、個々のバッテリーセルの有無 トレーサビリティは、品質基準と規制遵守を維持するためのカギです。RFIDのような を確実に検出することが、スムーズな自動組立てプロセスを行う上でとても重要 非接触式識別システムは、生産プロセスを自動的にドキュメント化し、組立ての最初 です。光電センサはセルの表面状態や色、材質に依存せず、セルの有無を確実に から最後まですべての段階で見える化し、管理することができます。 検出します。 より良い運用のためのプロセスの見える化 パレットとアダプタープレートの正確な位置決め オペレーターが生産プロセスを効率よく管理・調整するには、リアルタイムの視覚 パレットとアダプタープレートの正確な位置決めは、ミスのない組立てに不可欠で 的フィードバックが必要です。自由に設定できるLED積層信号灯 SmartLightは、 す。調整不要で異なる金属を同じ位置で検出するFactor 1機能を搭載した誘導型近 プロセスの状態を明確に見える化し、運用管理と変化への対応を容易にします。 接センサは、センサの余計な位置調整をなくし、立上げ時間を短縮するシンプルなカ イゼン方法です。 コンベア用モーターの性能を監視 コンベア用モーターの状態を継続的に監視することで、計画外のダウンタイムを 回避することができます。振動や温度などのパラメータを測定する状態監視は、 最適なタイミングでのメンテナンスを可能にし、モーターやその他の重要なコン ポーネントの寿命を延ばします。 コンベアシステムの最適化とエネルギー消費量の削減 コンベアの効率的な運用には、スムーズなマテリアルフローを確保するためのモ ーターと停止機構の正確な制御が必要です。IO-Linkをベースとした分散型制御 アーキテクチャは、モーター制御の最適化と中央集約の制御による負荷軽減、エ ネルギー消費量の削減に貢献します。 www.balluff.com

バッテリー製造のガイドライン | 20 モジュール化/パック組立て イントラロジスティクスのプロセスを加速し、 エネルギー消費量を削減 モジュール化/パック組立てのラインにおける、マテリアルフローとイントラロジスティクスの最適化は、運 このアプリケーションにおけるIO-Linkの利点 用効率を向上させるためのカギです。IO-LinkゲートウェイにIO-Link対応I/Oハブを接続する分散型アーキ テクチャを構築することで、ケーブルの省配線が実現でき、レール上を移動するパレットの検知信号を効率 ケーブルの省配線 的に集約できます。 ケーブル数の削減により、潜在的な故障個所が少なくなり、敷設 の複雑さがなくなり、ダウンタイムのリスクを最小限に抑えるこ とができます。 稼働時間の向上 IO-Linkはリアルタイムのデータ収集を確保し、予兆保全の取り 組みとモーターやコンベアの障害への瞬時の対応を実現しま す。 エネルギー効率 IO-Linkゲートウェイで、確実にDCモーターを制御できます。必 要な時だけ駆動を制御すれば、不要な電力使用をなくし、エネ ルギー消費量を削減することができます。 IO-Linkを採用することで、現在だけでなく未来のバッテリー製 造に求められる要求に対応できる、よりエネルギー効率の高 い、拡張可能なイントラロジスティクスシステムを構築すること ができます。 www.balluff.com