La limpieza en la fabricación de baterías utilizadas en la movilidad eléctrica y en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías es esencial para garantizar la fabricación de productos de alta calidad que sean seguros, fiables y eficientes. Además, con el impulso global hacia la electrificación, la escasez de materias primas ha puesto de relieve la importancia de obtener altos rendimientos en los procesos.
La contaminación en el proceso de fabricación puede dar lugar a un rendimiento deficiente del módulo. Esto incluye una densidad de carga inadecuada, una vida útil reducida y, en casos extremos, un desbocamiento térmico.
Los módulos de batería también deben ser duraderos y funcionar en climas adversos. Deben tener una estructura sólida para evitar fallos catastróficos en caso de colisión. Los contaminantes pueden provocar una disminución de la adherencia, soldaduras defectuosas o la imposibilidad de lograr un sellado hermético completo.
Las fuentes de contaminación pueden ser diversas e incluyen aceites y grasas residuales de etapas de fabricación anteriores, contaminación debida a un embalaje y transporte inadecuados de las celdas individuales por parte del proveedor, o partículas generadas durante las propias etapas de montaje.
¿Qué hay que limpiar?
En la fabricación de módulos de batería, algunas de las aplicaciones más habituales son:
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- Limpieza de los óxidos del cátodo y el ánodo de la batería, así como de las barras colectoras, para mejorar la soldabilidad y el flujo de corriente.
- Limpieza de la carcasa y el recinto para eliminar aceites y residuos antes del sellado, lo que mejora la protección contra la entrada de elementos externos.
- Limpieza previa a la soldadura del clavo de sellado para la fabricación de celdas.
- En las celdas prismáticas, limpieza y activación de las paredes de las celdas para mejorar la adhesión de los aislantes eléctricos y térmicos.
- Limpieza de las lengüetas de contacto / colectores de corriente para mejorar la conductividad eléctrica.
- Limpieza de las superficies de unión de los sensores de control térmico del módulo de la batería.
- Limpieza de las superficies de los intercambiadores de calor de los componentes eléctricos del sistema de gestión de la batería (BMS).
- Limpieza de superficies para aplicaciones de etiquetado.
- Limpieza de la superficie para la instalación de la placa de refrigeración (o calefacción) en el módulo de la batería.
- Limpieza de las superficies de contacto entre los módulos y la carcasa del paquete de baterías para garantizar una disipación adecuada del calor.
¿Qué grado de limpieza se necesita?
Para dar respuesta a estas preocupaciones, los fabricantes de baterías para automóviles han adoptado la norma ISO 16232 como estándar internacional para evaluar la limpieza, mientras que muchos fabricantes aplican las normas VDA 19.1 y VDA 19.2 de la Asociación Alemana de la Industria del Automóvil (VDA), que son más detalladas. La norma VDA 19.1 es la práctica habitual para realizar ensayos y medir la contaminación, mientras que la VDA 19.2 se centra en los procesos de fabricación y montaje diseñados para prevenir la contaminación.
El objetivo técnico de la limpieza es limpiar lo necesario, sin excederse; tan limpio como sea necesario, no tan limpio como sea posible.
Evaluación de la limpieza: Paragarantizar el éxito en la aplicación de las prácticas y procedimientos de limpieza, los fabricantes evaluarán diversos factores que influyen en el proceso de fabricación, entre los que se incluyen:
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- Medio ambiente
- Logística y embalaje
- Personal
- Procesos y dispositivos de montaje
Evaluación medioambiental:La evaluación medioambientalpuede incluir la instalación de filtros de partículas en todo el espacio de fabricación para recoger y analizar la contaminación ambiental e identificar puntos críticos localizados con el fin de adoptar medidas correctivas.
Logística y embalaje: La logísticay el embalaje también pueden ser un factor a tener en cuenta, ya que pueden ser fuentes de partículas de cartón y polvo generadas durante el transporte. Las propias piezas también pueden estar sucias si los proveedores tienen un control de calidad deficiente o utilizan métodos de limpieza inadecuados.
Equipos de proceso:Los propios equipos de procesopueden desprender partículas debido a las vibraciones o al desgaste de sus componentes. Los residuos de lubricantes, grasas y refrigerantes utilizados en las máquinas-herramienta pueden contaminar las piezas mecanizadas, o bien pueden estar presentes sustancias químicas como los agentes desmoldeantes.
Diseño orientado a la limpieza: Desde el iniciodel proceso, es necesario tener en cuenta los requisitos de limpieza para poder crear un diseño modular que permita un enfoque orientado a la limpieza. Por ejemplo, aspectos como evitar rincones y recovecos en los que puedan acumularse temporalmente las virutas generadas durante el proceso de mecanizado pueden eliminarse fácilmente durante la fase de diseño.
Formación del personal: La formacióndel personal en materia de limpieza puede contribuir de manera significativa a la mejora de la calidad. Dicha formación abarcaría tanto las normas aplicables a los proveedores como la adaptación a las normas del cliente final y el cumplimiento de las normas VDA 19 e ISO 1632.
La formación se centraría principalmente en los trabajadores de fábrica que manipulan los materiales y realizan tareas de montaje. Es necesario informar y sensibilizar a los empleados sobre el concepto de limpieza técnica.
Muchas veces, los fabricantes recurren a la automatización para eliminar la variabilidad inherente a los procesos manuales.
Evaluación de la limpieza en la producción:
La inspección y evaluación de los equipos de producción es fundamental. Los equipos, y en particular los componentes que entran en contacto con las piezas de trabajo, deben someterse a una evaluación práctica, en la que se identifiquen los posibles puntos débiles y se adopten las medidas correctoras oportunas.
Un trabajador revisa las trampas de muestreo para detectar posibles contaminaciones
Determinación de límites y elaboración de especificaciones
Una vez identificadas las fuentes de contaminación, se puede llevar a cabo la determinación de los límites utilizando métodos estadísticos y las directrices del cliente para establecer especificaciones tales como el nivel de limpieza técnica, el equipo de inspección adecuado, la metodología y los procedimientos.
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- Determinación de los requisitos necesarios a partir de las normas y especificaciones específicas del cliente
- Especificaciones del método y los parámetros
- Desarrollo del proceso
Cómo conseguir piezas limpias
Aunque es posible supervisar y medir el nivel de limpieza, al fin y al cabo las partículas y los residuos orgánicos acabarán entrando en la línea de producción, por lo que la limpieza de las piezas es esencial para alcanzar altos niveles de calidad. Existen tecnologías como los medios abrasivos, el chorro de hielo seco y los procesos químicos, pero no son especialmente adaptables a operaciones de producción en línea de gran volumen.
Es aquí donde el procesamiento por láser puede destacar como una solución económica y respetuosa con el medio ambiente. Entre las aplicaciones habituales de la limpieza por láser se incluyen:
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- Limpieza de contaminantes como el óxido, el aceite y los residuos de combustión
- Decapado de recubrimientos como pintura, recubrimiento electrostático, cerámica y óxidos
- Mejorar la adherencia mediante la preparación de superficies para la soldadura, el pegado, la pintura y el recubrimiento
- Aumento de la adherencia mediante la limpieza previa de la superficie o la texturización de la misma.
- Aumentar la vida útil del recubrimiento mediante una limpieza previa antes de aplicar los recubrimientos a las piezas
En resumen, la fabricación de productos de alta calidad que sean seguros, fiables y eficientes requiere materiales limpios. Comprender las fuentes de contaminación, establecer límites de contaminación y centrarse en el objetivo de limpiar tanto como sea necesario, sin exceder lo necesario —tan limpio como sea necesario, no tan limpio como sea posible— puede dar lugar a la producción de productos de mayor calidad, al tiempo que se reducen los desechos y las repeticiones.
Ya sea para soldar, unir o eliminar recubrimientos, los procesos láser son una solución ideal que resulta fácil de integrar en la fabricación a gran escala. Ofrecen:
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- Un proceso sin contacto que es muy flexible, altamente selectivo y preciso, lo que permite que el láser limpie únicamente la zona deseada y elimine pasos como el enmascaramiento.
- Proceso de alta velocidad; dependiendo de los contaminantes que se deban eliminar, los láseres pueden limpiar cientos de pulgadas cuadradas por segundo.
- Segura y sostenible, la limpieza por láser elimina la necesidad de utilizar abrasivos o disolventes químicos, con lo que se evita la manipulación y la eliminación de abrasivos o productos químicos usados.
- Fácil de automatizar e integrar en la planta de producción.
El resultado son procesos de fabricación altamente repetibles que mejoran la calidad del producto y el rendimiento de la producción, al tiempo que respetan el medio ambiente.
Introducción a una solución láser
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