Le démontage industriel de batteries rend les voitures électriques encore plus durables

Les voitures électriques sont en plein boom - mais qu’advient-il des énormes quantités de batteries usagées ? L’institut Fraunhofer IPA a testé avec succès le fonctionnement du démontage industriel de batteries à l’aide du KR QUANTEC de KUKA. L’objectif : rendre l’utilisation des voitures électriques encore plus durable.

De plus en plus de voitures électriques - le recyclage des batteries, une solution??

En mars 2023, les états membres de l’Union européenne ont pris une décision d’une portée considérable?: à partir de 2035, seules les voitures et les camionnettes sans émissions pourront être immatriculées en Europe. Au plus tard depuis ce moment, il est clair que l’avenir de l’industrie automobile réside dans l’électromobilité. C’est également ce que montrent les prévisions?: alors qu’environ 27,7 millions de véhicules électriques circulent dans le monde en 2022, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) prévoit qu’ils seront plus de 226 millions d’ici 2030. En Allemagne, près d’un quart de toutes les voitures particulières seront des voitures électriques - actuellement, elles ne représentent que deux pour cent.

Un robot industriel permet de recycler de précieuses matières premières

Il n’y a qu’un seul problème?: avec le nombre croissant de véhicules électriques, la montagne de batteries usagées augmente également. En effet, actuellement, ces dernières n’ont qu’une durée de vie moyenne d’environ dix ans. Parallèlement, les matières premières nécessaires à leur production sont de plus en plus rares et chères. Une solution?: Recycler?! Et c’est là qu’interviennent robots industriels de KUKA, plus précisément le robot industriel KR QUANTEC.?Avec son aide, l’institut Fraunhofer pour la technique de production et l’automatisation IPA?de Stuttgart a montré comment cela peut se faire - dans le projet de recherche???DeMoBat - démontage industriel de batteries et de moteurs électriques??.?

L’institut Fraunhofer IPA de Stuttgart et KUKA sont liés par un partenariat de longue date.

Douze partenaires ont mené des recherches en collaboration pendant plusieurs années

Pendant plusieurs années, les expert(e)s de douze partenaires ont étudié la manière dont les batteries des voitures électriques peuvent être recyclées de manière à la fois durable et économiquement viable. Au total, huit applications ont été entièrement développées dans le cadre du projet en tant qu’outils de démonstration et d’expérimentation. Celles-ci pourraient être utilisés pour une exploitation industrielle continue. L’accent a été mis sur le démontage des batteries de voitures électriques. Car la condition préalable au recyclage des composants est un désassemblage par type des éléments - et ce n’est pas si simple.

Démontage de batteries?: complexité et danger mortel

??Le démontage de batteries présente trois grands défis??, explique Anwar Al Assadi, chef de groupe à l’institut Fraunhofer IPA. ??Premièrement, il faut pour cela un personnel spécialement qualifié, car le travail avec les technologies haute tension nécessite une formation particulière et souvent longue.?Deuxièmement, en raison de la haute tension et des gaz dangereux, le démontage manuel comporte un risque pour la santé, dans le pire des cas, il peut y avoir des risques d’auto-inflammation. Et troisièmement, le désassemblage manuel est très chronophage et est par conséquent co?teux. C’est la raison pour laquelle, actuellement, le recyclage semble encore souvent peu rentable.??

Le robot industriel procède avec précaution lors du démontage de la batterie.

Les solutions d’automatisation peuvent jouer un rôle crucial pour rendre l’électromobilité encore plus durable.

Anwar Al Assadi, chef de groupe à l’institut Fraunhofer IPA

Le démontage automatisé de batteries fait d’une pierre trois coups

Les défis sont faits pour être relevés par une solution robotisée. Ainsi, un robot de montage KR QUANTEC, avec une capacité de charge de 270 kilogrammes, a été entièrement exploité par le logiciel ??pitasc??, développé à l’institut Fraunhofer IPA et commandé à l’aide de KUKA.RobotSensorInterface, ce qui a facilité la connexion de capteurs externes. ??De cette manière, nous avons pu régler des étapes de démontage importantes en temps réel et ainsi automatiser diverses opérations devant jusqu’à présent être effectuées manuellement.?? La technologie de KUKA contribue ainsi à résoudre trois problèmes à la fois lors du démontage de batteries?: elle réduit la pénurie de main-d’?uvre qualifiée, minimise les risques de sécurité pour les collaborateurs et garantit, grace à son efficacité, que le recyclage de batteries est également rentable.

Avec une précision maximale, le robot à bras coudé à 6 axes desserre les vis ou défait les adhérences.

Le règlement européen sur les batteries, nettement plus strict, pousse à agir?

Les fabricants doivent de toute fa?on agir à ce sujet?: à partir de 2023, un règlement européen sur les batteries nettement plus strict rendra notamment obligatoire une proportion accrue de matériaux recyclés dans les nouvelles batteries, même si elles ont été importées en Europe.?Le succès du projet de recherche de Stuttgart montre de manière impressionnante à quel point le soutien technique de KUKA peut s’avérer précieux.?

L’automatisation ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine du recyclage de batteries.

Ici, le KR QUANTEC a effectué les étapes de travail les plus diverses?: le desserrage de vis, l’ouverture de joints d’étanchéité ou la séparation de cables. ??Ce qui est complexe, c’est qu’un nombre incroyable de systèmes de batteries différents sont disponibles sur le marché??, raconte Anwar Al Assadi. ??Et l’intérieur de chacun est différent.?? Parfois, les constructeurs modifient même la structure des systèmes de batteries au sein de la même série de véhicules.?

Quelle que soit la batterie de la voiture électrique?: le KR QUANTEC sait comment s’y prendre

En tant que robot à 6 axes, le KR QUANTEC est ici parfaitement adapté?: avec ses six degrés de liberté, le robot à bras coudé peut s’adapter de manière optimale aux différentes dimensions et géométries du système de batterie et, grace à sa capacité de charge, il ma?trise aussi les couples élevés.?En conséquence, il faut un logiciel tel que la solution ??pitasc?? mentionnée ci-avant, qui, en interaction avec le matériel, reconna?t ce qu’il faut faire, indépendamment du modèle de batterie concerné.?

La structure du projet de l’institut Fraunhofer IPA illustre la flexibilité du robot KUKA.

Des systèmes de traitement d’images d’assistance pour la reconnaissance automatique des vis et autres composants ont rendu l’apprentissage manuel du KR QUANTEC superflu pour chaque étape du processus. Afin d’éviter les collisions avec les pièces, un contr?le des résultats a été effectué après chaque étape de démontage via des capteurs et des systèmes de caméras 3D. Ensuite, les signaux ont été transmis à la commande centrale du processus, garantissant ainsi un déroulement s?r du processus.

Grâce à sa géométrie svelte et à sa petite surface au sol, le QUANTEC permet d’établir une installation flexible et orientée vers l’avenir.

Thomas Schmidberger, Global Business Development Manager Electronics

Des installations flexibles ma?trisent les batteries de différents types de construction

Ce qui est compliqué, explique M. Al Assadi, c’est que les constructeurs automobiles doivent intégrer dans les batteries le plus grand nombre possible de composants dans un espace très restreint. Cela limite extrêmement la marge de man?uvre lors du démontage. D’autres défis seraient la position variable des cables les nombreux collages d’une batterie, qui sont beaucoup plus difficiles à séparer de manière automatisée que les vis. ??Mais là aussi, nous avons trouvé des solutions que nous souhaitons maintenant développer pour l’utilisation industrielle.?? Il est décisif de construire des installations flexibles - notamment parce que la construction de batteries change fondamentalement tous les six mois.

L’installation du projet de l’institut Fraunhofer IPA serait utilisable pour une exploitation industrielle continue.

KR QUANTEC?: intéressant pour de multiples domaines d’application

Pour cela, la polyvalence est l’un des grands atouts de la série KR QUANTEC?: ??En raison de sa géométrie svelte et de sa petite surface au sol, le QUANTEC permet de construire une installation flexible et orientée vers l’avenir??, explique Thomas Schmidberger, Global Business Development Manager Electronics chez KUKA. ??De plus, comme tous les robots KUKA, il est certifié ESD en standard, afin de garantir une manipulation s?re des pièces sensibles à l’électricité statique.??

De plus, la nouvelle génération de robots à bras coudé KR QUANTEC convainc par son efficacité énergétique particulièrement élevée grace à des contr?leurs DC standard?: La consommation d’énergie a pu être réduite de manière significative, en mouvement comme en mode veille. Pendant le mouvement de production, les robots six axes consomment - entre autres grace à la récupération de l’énergie de freinage - environ 30 pour cent d’énergie en moins que le modèle précédent, et en mode ??Attente en régulation??, ils atteignent même une réduction de 60 pour cent.

Un robot industriel qui fait plus que du démontage automatisé

Ainsi, le robot à 6 axes KR QUANTEC n’est pas seulement intéressant pour le recyclage de batteries de voitures électriques, mais également pour divers domaines d’application. Son système modulaire simplifié promet en outre une technologie parfaitement adaptée et des délais de livraison rapides, et, en fin de compte, un faible total Cost of Ownership (TCO). En effet, le travail de maintenance est minimisé et le nombre de pièces de rechange est réduit.?

Le KR QUANTEC se caractérise par une grande flexibilité et un faible TCO.

Avec 120 à 300 kilogrammes, les modèles de la série KR QUANTEC appartiennent en outre à la catégorie des charges élevées et disposent dans ce domaine de la plus vaste gamme de charges et de portées sur le marché. La possibilité d’augmenter la capacité de charge sur le terrain et les Motion Modes pour une qualité de processus élevée en font un investissement aussi judicieux que s?r pour l’avenir de chaque production.

Le volume du marché augmente rapidement

Ceci est également valable pour le domaine du démontage de batteries, d’autant plus que l’industrie des véhicules électriques va se développer rapidement dans les années à venir?: les experts prévoient que le volume du marché mondial des véhicules électriques passera de près de 420 milliards de dollars (2022) à plus de 770 milliards de dollars d’ici 2028. Les séries d’essais du projet ont montré comment ce grand potentiel pourrait être exploité par les OEM automobiles (par exemple avec le recyclage des VE en interne), les producteurs de batteries ou les entreprises de recyclage, dans l’optique du recyclage des batteries. Les entreprises intéressées peuvent faire tester la faisabilité d’un démontage robotisé de leurs produits auprès de l’institut Fraunhofer IPA. L’institut travaille en outre à l’optimisation initiale des produits pour le démontage.

Avec sa grande flexibilité, le KR QUANTEC est un élément essentiel de l’installation d’essai de l’institut Fraunhofer IPA.

La collaboration entre KUKA et la science a fait ses preuves?

Le travail de projet n’était d’ailleurs pas une expérience nouvelle pour tous les participants?: lors du développement et de l’expérimentation de ses technologies, KUKA travaille depuis des décennies déjà en toute confiance avec l’institut de recherche. C’est ainsi qu’il y a environ 20 ans, le premier robot KUKA pour salles blanches a été développé en collaboration, suivi par les certifications ESD de douzaines de produits KUKA et de nombreux autres projets.

Thomas Schmidberger de KUKA et Anwar Al Assadi, chef de projet à l’institut Fraunhofer IPA, se réjouissent de cette coopération réussie.

Une interaction entre l’industrie et la science qui a une fois de plus fait ses preuves avec ??DeMoBat???: ??Nous avons élaboré ici la plus grande installation expérimentale d’Europe pour le démontage de batteries?? déclare Anwar Al Assadi non sans fierté. ??Et nous avons montré comment les solutions d’automatisation peuvent jouer un r?le décisif pour rendre l’électromobilité encore plus durable.??