在全球新能源車(NEVs)的市場中有很快速的成長,2027年的電動車銷售預計可以超過8千億美元。快速增加的需求讓製造商與供應商有更大的壓力。尤其是品質保證方面,必須要面對新的挑戰以及帶來的瓶頸,特別是正在快速發展的公司。ZEISS eMobility Solutions它的廣泛範圍以及在NEV產業全球超過1000位消費者,ZEISS已成為最重要的產業伙伴之一。
新能源車的改革
NEVs正佔領馬路,不只是車子,也包含兩輪車、卡車、建築物、農業機械,還有特別的交通工具都使用電力驅動。以歐洲來說,預估在2030年將會有1.85億個電動馬達的需求會用在NEV產品上。特別是電池在這機動改革中是最重要的關鍵。它們不僅決定行駛距離,還對整個車輛的結構和安全性都有重大的影響。
品質保證方面的挑戰
由於電動車的快速發展,業界必須應對不斷變化的技術及其對製造流程的影響。電池就是一個典型的例子:從一開始就需要最高的精度,以滿足大規模電池生產的高效率、可靠性和安全性要求。品質標準影響原料的選擇、電池工程製程以及電極生產過程中關鍵步驟的品質控制,直到電池、模組和電池托盤的組裝,同時滿足嚴格的公差。
蔡司電動車解決方案
蔡司透過提供 50 多種針對電動車品質保證量身定制的解決方案,為全球 OEM 和供應商提供支援。蔡司不斷為其廣泛的影像、分析和計量系統添加新的解決方案,例如線上檢測和軟體領域。
多虧遍布全球的足跡與不同地區的專業團隊,ZEISS已經和22座城市的代工廠和供應商建立了堅固的合作關係,幫助他們改善產品的品質以減少成本。除了在產品線的現場支援,ZEISS也有和NEV夥伴舉辦超過50場座談會和研討會分享相關技術的專業知識
髮夾式定子繞組:高效益的測量
製造商在電動汽車生產過程中將電線彎曲成髮夾形狀。這些髮夾線圈由矩形銅線組成並塗一層絕緣層。這種髮夾的尺寸和位置在定子組裝過程中必須進行檢查,因為它們很容易變形,而且它們的末端很難焊接。
以髮夾線圈的品管來說,光學測量設備是一個很好的解決方法,因為電線對於觸覺很敏感,甚至,髮夾線圈的位置與幾何形狀只能用全場域的3D數據來驗證。
ZEISS跟電動汽車的製造商與髮夾式定子繞組在這領域裡合作很多年了。新型 ZEISS ScanBox for eMotors 是一款緊湊型 3D 測量系統,專為快速且可靠地掃描髮夾線圈的高反射絕緣層而開發的。光學3D測量系統可在點擊一下按鈕就能捕捉個別的髮夾線圈和整個定子的不規則3D座標,且在幾秒內傳送高分辨率的品質報告。接著軟體以簡單易懂的方式呈現結果。
電池的品質保證:發展與生產步驟的整體過程
電池在電動車的性能、行駛距離、壽命中扮演一個很重要的角色,品質保證是一個複雜的過程:不同的測量技術被用來檢查電池的特性,就像原料、電極、單電池、組件和電池盤。
工業用顯微鏡被用來分析電池的原料,結構和電池發展的過程中會有的潛在雜質。The ZEISS Crossbeam scanning electron microscope (SEM),舉例來說,可以用離子束來發現表面下所感興趣的相關區域,且在奈米範圍內進行分析。
在生產過程中,非破壞性的分析被用來在電池組跟模塊。在這個階段,大部分會使用X光和斷層掃描。
電池托盤-也可稱為”電池運載器”,是另一個已完整地將電池與車體合為一體的重要零件,因此對車子的穩定性也是很重要的。在製造過程中為了符合安全需求,電池托盤必須通過數個品質關卡以確保車輛的品質。
使用ZEISS造像及物質分析鋰電池
複雜的原料系統,就像那些在電池或是太陽能電池裡的系統,是靠著很多不同原料的相互作用來有效的發揮功能。在能量色散X-射線光譜(EDS)的幫助之下,被檢查的物體可以在顯微鏡下確認主要成份。這個影像確認在陰極側存在的高氟殘留物,就像在成熟樣本中所預期的一樣。
氟存在在電解液中且形成了固體電解質膜(SEI),會隨著電池的老化而增加。
由於電池組的原料組合不斷變化,而且電池老化後原料分布的狀態也能提供重要的結論,因此需要藉由原料分析進行定期的評估。例如: 穩定成長的SEI表層是一個發現物,可以解釋電解質老化且因此導致電池容量隨著時間增加而降低。
電池生產中的計算掃描系統
為了要符合NEVs有更高續航里程的要求,必須要在不增加電池的重量和尺寸下,提高電池的能量密度。這種不斷增加的密度需要更複雜的非破壞性檢測。
像 ZEISS METROTOM CT 這樣的系統,可對密集零件(如電池組和模塊)進行一致的 CT 掃描。它們可以產生非常高分辨率的3D體積數據組合,因此可以顯示密度组件中隐藏的缺陷和特徵,例如电極缺陷、錯位、懸垂、外殼孔隙和粒子汙染物。後者是重大的安全風險且不應該出現在最後的成品裡。CT系统可以通過一次掃描的動作來高效率解决複雜的測量和檢查的工作。這對於電池容量和安全性都是不可或缺的。
電池托盤是機身的核心部分。其尺寸直接影響整個車身的尺寸精度和穩定性。蔡司提供獨特的電池托盤檢測產品組合,包括線上和離線計量以及鋁焊接檢測。
在銑削和鑽孔過程中,必須測量許多具有嚴格公差的特徵。CALENO 水平臂機器結合了光學和觸覺感測器。ZEISS EagleEye 可快速記錄孔或螺柱位置等特徵。觸覺感測器以高精度覆蓋光學上無法觸及的特徵,例如底切。
ZEISS ScanBox 5 和 6 系列用於全視野 3D 掃描。光學測量機自動建立幾何數位孿生。軟體中使用此功能可以在短短幾分鐘內對相關功能進行全面檢查。