Điều chỉnh việc tích hợp bộ pin và thiết kế, sản xuất vỏ pin để giảm chi phí
Để vượt qua những thách thức, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển sang sử dụng robot và tự động hóa tiên tiến, vốn đóng vai trò trung tâm trong việc hợp lý hóa các quy trình sản xuất đang phát triển này nhằm đảm bảo một tương lai hiệu quả và bền vững.
Việc thúc đẩy điện khí hóa và các thách thức về tích hợp bộ pin cũng như sản xuất vỏ pin đi kèm với nó đòi hỏi các chiến lược thực hiện và lập kế hoạch rất phức tạp. Nhưng những xu hướng và thách thức nào đang xuất hiện xung quanh khía cạnh này của hệ thống truyền động điện?
Wenting Hu, kiến trúc sư tại Volvo Trucks chỉ ra rằng đơn cử như Volvo Trucks đang trong giai đoạn chuyển tiếp, thiết kế các cấu trúc xe và hệ thống pin thông thường thành các quy trình sản xuất xe tải truyền thống và vận hành, đồng thời tăng hiệu quả và giảm chi phí tổng thể.
“Chúng tôi còn có chi phí, đây là một trong những thách thức mà chúng tôi đang phải đối mặt vì vận tải đường bộ cũng là một công việc kinh doanh và xe tải thực sự là một sản phẩm rất phức tạp để sản xuất, phức tạp hơn nhiều so với xe khách. Nhưng tôi chắc chắn thấy cần phải thiết kế xoay quanh động cơ đẩy điện, thay vì chỉ đơn giản là “thích ứng”, bởi vì theo một nghĩa nào đó, việc thích ứng có thể khó khăn hơn việc phát triển một thứ gì đó mới”, Hu nói.
Trong khi đó Václav Švub, Giám đốc phụ trách mảng khung gầm của Trung tâm Giải pháp toàn cầu tại ABB chỉ ra rằng mặc dù ABB không thiết kế sản phẩm hoặc phương tiện nhưng nó giúp các OEM và khách hàng cấp cao thực hiện việc đó một cách hiệu quả nhất có thể.
“Chúng tôi thấy rằng thị trường vẫn chưa ổn định, cả về thiết kế cũng như công suất và số lượng”, Švub cho biết thêm rằng khách hàng mong đợi “một mức độ nhất định về chất lượng và hiệu suất của xe. Như bạn có thể tưởng tượng, vỏ pin hay bộ pin theo một nghĩa nào đó, là bộ phận cứng cáp nhất của chiếc xe. Vì vậy, phải có độ cứng, đòi hỏi phải sử dụng một số vật liệu nhất định”.
Hu cho rằng đối với xe tải Volvo, chi phí là động lực chính. “Mọi người có thể có những ý kiến khác nhau, nhưng chúng tôi đã có trên thị trường những sản phẩm có hiệu suất cao hơn hoặc hướng đến phạm vi rộng hơn. Tuy nhiên, chúng tôi cần giảm chi phí để những chiếc xe tải này mang lại lợi nhuận cho cả OEM và người mua. Đối với chúng tôi, chi phí cũng là động lực chính. Chúng tôi cần tiết kiệm chi phí để thành công trên thị trường và giành được các dự án”.
Nhưng ngoài những cân nhắc về chi phí, thiết kế và tích hợp vỏ pin cần phải tối ưu cho sản xuất. Khi Volvo Trucks phát triển pin, dự án không tập trung vào một thiết kế duy nhất. Nó phải phát triển một số loại pin có thể mở rộng cho các loại xe cơ sở và ứng dụng khác nhau, và điều này đặt ra một số thách thức. Hu cho biết, “hiện tại, hầu hết các tài liệu tham khảo hoặc tiêu chuẩn trong ngành pin đều đến từ ô tô chở khách, thường có một khu vực cố định để đóng gói năng lượng. Tuy nhiên, xe tải yêu cầu khả năng mở rộng với chiều dài cơ sở khác nhau trong khi vẫn duy trì được chi phí thấp hoặc hợp lý. Tính mô-đun trong thiết kế bộ pin là điều cần thiết để giải quyết những thách thức này”.
ABB cũng phải suy nghĩ về quy mô và khả năng mở rộng. Švub nói “đây là cách chúng tôi cố gắng thiết lập lộ trình công nghệ và danh mục đầu tư của mình để cung cấp cho khách hàng sản xuất khả năng mở rộng cao hơn và tính linh hoạt cao hơn. Vì vậy, đó là sự kết hợp của nhiều thứ như AGV và AMR về mặt hậu cần nội bộ và nhật ký hoạt động khoa học mà còn làm thế nào để đưa nhiều giải pháp linh hoạt, được robot hóa hơn vào dây chuyền sản xuất và có khả năng thay thế những cỗ máy lớn, cứng nhắc này".
Để vượt qua những thách thức, các nhà sản xuất ô tô đang chuyển sang sử dụng robot và tự động hóa tiên tiến, vốn đóng vai trò trung tâm trong việc hợp lý hóa các quy trình sản xuất đang phát triển này nhằm đảm bảo một tương lai hiệu quả và bền vững.
Các nhà sản xuất ô tô đang chuyển sang sử dụng robot và tự động hóa tiên tiến, đóng vai trò trung tâm trong việc hợp lý hóa các quy trình sản xuất đang phát triển nhằm đảm bảo một tương lai hiệu quả và bền vững.
Vì tính linh hoạt và khả năng mở rộng là những yếu tố quan trọng đối với ABB, nên ABB hợp tác chặt chẽ với khách hàng của mình để phát triển các giải pháp nhằm tăng cường khối lượng trong tương lai. Švub cho biết: “Chúng tôi có những ví dụ mà chúng tôi bắt đầu với các hoạt động hoàn toàn thủ công và dần dần áp dụng tự động hóa nhiều hơn khi nhu cầu tăng lên”. Điều này liên quan đến việc bổ sung thêm các máy CNC và các bộ phận khác. Cuối cùng, tự động hóa, bao gồm AGV và robot xử lý, trở nên cần thiết để tối đa hóa năng lực sản xuất. Tuy nhiên, hành trình này nên bắt đầu sớm trong giai đoạn thiết kế. Điều cần thiết là phải chuẩn bị và đáp ứng nhu cầu thị trường.
Tác động của các công nghệ mới
Đối với Hu, megacasting là một sự phát triển tương đối gần đây, bắt đầu với dự án giảm chi phí của Tesla, sau đó được một số OEM áp dụng. “Đó là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn và nếu nó có thể giảm chi phí đồng thời mang lại khả năng mở rộng thì đó có thể là một sự bổ sung có giá trị. Sản xuất xe tải chắc chắn có thể khám phá lựa chọn này nếu có điều kiện thích hợp”, Hu nói.
Švub thì chỉ ra rằng mặc dù megacasting đã cho thấy nhiều hứa hẹn nhưng nó lại không được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vỏ pin. Những thách thức liên quan đến hình học và chất lượng vẫn còn. Hiện nay, khay thép và nhôm phổ biến hơn và liên quan đến việc hàn các bộ phận lại với nhau để đáp ứng yêu cầu về chất lượng. Việc casting có thể là một lựa chọn đáng để khám phá nhưng hiện tại nó không phải là cách tiếp cận chủ đạo.
Các công cụ mô phỏng kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong các dự án của Volvo Trucks, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. Hu cho biết: “Chúng tiết kiệm thời gian bằng cách cho phép chúng tôi mô phỏng các thiết kế trước khi triển khai thực tế. Mặc dù hiện tại tôi không sử dụng rộng rãi các nền tảng AI nhưng tôi đang khám phá tiềm năng của chúng để sử dụng hàng ngày”.
Đối với ABB, những tiến bộ trong tự động hóa đã tăng tốc trong vài năm qua, một phần do nhu cầu thích ứng với những thách thức mới, bao gồm cả những thách thức do COVID-19 mang lại. Švub nói “những công cụ này, bao gồm các tính năng do AI điều khiển, đang nâng cao năng suất và hiệu quả, đồng thời giải quyết các mối lo ngại về tính bền vững. Ví dụ như lập kế hoạch đường đi tự động có thể tối ưu hóa chuyển động của robot để tiết kiệm năng lượng”.
Hu nhận định tính bền vững là một khía cạnh quan trọng của thiết kế vỏ pin và các nhóm tại Volvo Trucks làm việc về lựa chọn vật liệu và đánh giá tuổi thọ để đáp ứng các yêu cầu về tính bền vững. Cô nói: “Đó là sự cân nhắc về mặt thiết kế mà chúng tôi tính đến trong quá trình đánh giá ý tưởng”.
Tính bền vững cũng là trọng tâm chính trong quá trình phát triển sản phẩm của ABB. Švub chỉ ra rằng nó nhằm mục đích “giảm mức tiêu thụ năng lượng và đảm bảo rằng các vật liệu có thể tái chế hoặc thiết bị của chúng tôi có thể tân trang lại được. Các OEM đang coi trọng tính bền vững, cả về sản phẩm lẫn thiết bị sản xuất của họ”.
Vỏ bọc đa vật liệu mang lại lợi ích nhẹ và hiệu suất cao nhưng có thể phức tạp và tốn kém. Đối với Volvo Trucks, Hu cho biết thiết kế vỏ pin phải phù hợp với việc lựa chọn tế bào, điều này ảnh hưởng đến đặc tính vật liệu. Các ứng dụng xe tải, với kích thước lớn hơn và dung sai chặt chẽ, sẽ làm tăng thêm độ phức tạp. Vỏ bọc đa vật liệu là một khái niệm thú vị, nhưng vẫn tồn tại những thách thức về mặt vật liệu và khả năng thích ứng trong thiết kế.
Švub cho biết thêm rằng vật liệu vỏ pin đã phát triển theo thời gian, với sự thay đổi giữa nhôm và thép. “Chúng tôi đang thấy một số OEM khám phá sự kết hợp của những vật liệu này. Đó là một quá trình học tập liên tục và các giải pháp sẽ tiếp tục xuất hiện để kết nối và hoạt động với các vật liệu khác nhau”, Švub cho hay.
Thực tế, các nhà sản xuất ô tô đang nỗ lực đạt được tiêu chuẩn hóa và tính nhất quán trong sản phẩm đầu ra của mình, ngay cả khi có nhiều biến thể. Với sự phát triển không ngừng về hóa học pin và khả năng tích hợp vào xe, xe tải ABB và Volvo dự đoán trước bối cảnh thay đổi về thiết kế và linh kiện xe. Hu tin rằng sẽ có những thay đổi và phát triển liên tục trong lĩnh vực này. Mặc dù phân khúc xe du lịch ngày càng được cải thiện nhưng nó vẫn tập trung vào việc tạo ra các thiết kế tích hợp và nhỏ gọn hơn. Tuy nhiên, trong lĩnh vực xe thương mại, chúng ta cần xem xét phạm vi hoạt động và hiệu suất trong khi vẫn duy trì khả năng sử dụng. Ngành công nghiệp pin chủ yếu tập trung vào xe chở khách, vì vậy Volvo Trucks đã điều chỉnh “phù hợp với những gì có sẵn”.
Đối với Švub, khối lượng thay đổi có thể tiếp tục tồn tại trong ngắn hạn, “nhưng về lâu dài, tôi kỳ vọng thị trường sẽ ổn định”, ông nói. “Chúng tôi hiện đang ở giai đoạn đầu của quá trình chuyển đổi xe điện và theo thời gian, tôi dự đoán rằng khối lượng sẽ trở nên ổn định hơn. Thị trường đang phát triển với những người chơi mới tham gia đặc biệt là ở Trung Quốc và có những khoản đầu tư đáng kể ở Châu Âu và Mỹ. Mặc dù hiện tại nó đang rất năng động nhưng tôi tin rằng tương lai sẽ mang lại sự ổn định hơn về mặt khối lượng".