24. února 2022 14:34

Inovace a technologie potřebné k přechodu od spalovacích motorů k elektromobilitě

Český autoprůmysl čeká velká výzva. Hybridní a ryze elektrické pohony postupně nahrazují spalovací motory. V praxi to pro firmy znamená provést zásadní změny v celém výrobním cyklu. Elektroauta sice obsahují výrazně méně součástek než vozidla se spalovacím motorem, ale jejich výroba je náročnější na přesnost. Pod tlak se dostane i kontrola kvality, protože cena některých materiálů je vysoká a vyšší zmetkovitost by výrobu prodražila. Jakým všem výzvám bude muset tuzemský autoprůmysl čelit?

Průmyslové firmy budou muset být hlavně schopny rychleji inovovat a reagovat na požadavky vývojářů. Zatímco spalovací automobily procházely spíše pozvolnou evolucí, elektroauta se vyvíjejí velmi dynamicky.

„Životní cyklus vozidel se spalovacím motorem se pohybuje okolo pěti až osmi let, kdežto u elektromobilů se cyklus výrazně zkracuje. Pro výrobní prostředí to znamená tlak na flexibilitu a efektivitu. Výroba se musí rychle přizpůsobit novému designu při využití stejných strojů, a to i v řádech měsíců, rozhodně ne let,“ vysvětluje Josef Sláma, ředitel české pobočky společnosti Renishaw, která patří mezi světové lídry v oblasti vývoje měřicích systémů pro strojírenství a lékařství.

Delší dojezd na baterii si žádá přesnější výrobu

Závod o prodloužení dojezdu elektroaut bude tvrdý. Na špičku pelotonu se lze dostat zvyšováním kapacity baterií a vyšší účinností elektromotoru. Toho bude možné dosáhnout jen pomocí inovací. Motory budou muset být kompaktnější a lehčí, aby dosáhly vyššího výkonu a nižší spotřeby.

„Elektromobily mají mnohem jednodušší mechaniku a méně složitých dílů než vozidla se spalovacím motorem. Pro jednotlivé součástky jsou ale často předepsány mnohem přísnější tolerance. Firmy se proto budou muset vybavit pokročilejšími měřicími technologiemi, které budou nejen přesněji vyrábět, ale poskytnou i průběžnou zpětnou vazbu,“ shrnuje Josef Sláma.

Příkladem může být stator elektromotoru. Čím menší je vzduchová mezera mezi statorem a rotorem, tím nižší je energie z baterie potřebná k pohonu vozidla, a tím je i delší dojezd.

Vysokorychlostní kontrola statorů: měření vnějšího a vnitřního průměru statoru elektromobilu na souřadnicovém měřicím stroji multisenzorovým systémem REVO. Na druhém snímku je měření výšky svaru a jeho zobrazení v softwarové aplikaci.

Rychlé inovace budou tlačit na flexibilnější výrobu

Velkou výzvou pro výrobce bude schopnost flexibilně reagovat na vývojové změny. „Výrobní procesy se zrychlí a přiblíží cyklům známým například u spotřební elektroniky. Schopnost rychle a levně přeprogramovat stávající výrobní zařízení bude prioritou,“ vysvětluje Josef Sláma.

V praxi to bude znamenat investice do souřadnicových měřicích přístrojů, které potřebnou flexibilitu zajistí. Například pětiosý odměřovací systém REVO zkracuje časy kontrolních cyklů na polovinu, a navíc ve stejném měřicím cyklu zvládne ještě další měření.

Kvůli snižování nákladů se dostane pod tlak i výstupní kontrola. Už nebude stačit zachytit zmetky na konci výrobní linky. „Než se tam dostanou, tak budou takové zmetky velmi drahé. Řada komponentů pro elektromobily je nákladná. Jediná chybná součástka může znehodnotit celou sestavu, třeba elektromotor, což je vzhledem k nákladům nepřípustné,“ vysvětluje Josef Sláma.

Využití pětiosého měření sedel a vedení ventilů pomocí sondy REVO. Tradiční měření je časově náročné a zdlouhavé, pětiosý systém proces radikálně zkracuje a zároveň sbírá množství dat pro vyhodnocení.

Autoprůmysl bude muset inovovat na mnoha frontách

Některé komponenty hybridních nebo elektrovozidel budou na výrobu a s tím spojení inovace náročnější. Příkladem je již zmiňovaný stator a snaha snížit jeho energetické ztráty.

S tím má pomoci metoda efektivního měření vinutí statoru REVO, kterou Renishaw vyvinul speciálně pro autoprůmysl. „Vyžívá potenciál současných výrobních zařízení a procesních dat. Umožní rychle odhalit zmetky,“ vysvětluje Josef Sláma.

Se snížením hlučnosti a vibrací převodovek pomáhá kontrolní systém Equator, který ihned posílá zpětnou vazbu do CNC systémů. „Lze tak vyrábět přesnější ozubená kola a tím snížit úroveň hlučnosti a vibrací převodovky a zvýšit účinnost vozidla,“ dodává Josef Sláma.

Kontrolní systém Equator: systém posuzuje náročné rozměry, polohy a geometrické tolerance vnitřního průměru a soustřednosti sestaveného statoru elektromobilu, což je zásadní pro zajištění účinnosti motoru.

Produkce autobaterií bude jedna z nejnáročnějších disciplín, kde budou muset firmy inovovat nejvíce. S tím již nyní pomáhají technologie pro analýzu surovin na bázi Ramanovy spektroskopie.

„Naše ramanovské spektroskopy výrobek nepoškozují. Používají se pro nedestruktivní zkoumání chemických vlastností baterií v různých provozních podmínkách, jako rychlonabíjení či extrémní teploty. Lze tak snadno zjistit, jak baterie reaguje, a pracovat na jejím zdokonalení a účinnosti,“ říká Josef Sláma.

Ramanova spektroskopie se úspěšně používá k analýze celé řady materiálů a systémů, například při vývoji autobaterií či polovodičových materiálů pro elektroauta.

Výroba elektroaut posouvá automobilový průmysl do oblasti polovodičů, tedy sektoru spojeného spíše s informačními technologiemi. Nové polovodičové materiály umožňují zvýšení maximální dodávky energie a účinnosti při současném zmenšení rozměrů a hmotnosti. „Zde má rovněž využití ramanovská spektroskopie, která firmám pomáhá kontrolovat kvalitu výrobků obsahujících polovodiče,“ dodává Josef Sláma.

Inovace sehrají roli i při výrobě hybridních motorů, které musí potlačovat každý pokles účinnosti spalovacího motoru. „Účinnost motoru je choulostivá na malé výrobní odchylky v oblasti sedel a vodítek ventilů v hlavě válců. Jejich kontrolu umí zajistit pětiosá technologie skenování REVO,“ uzavírá Josef Sláma.