La seguridad de las máquinas es sólo una parte de la seguridad de las plantas de baterías

Los debates sobre la seguridad de las baterías de iones de litio a menudo se centran en el manejo de electrolitos, los riesgos eléctricos, la prevención de incendios, los eventos térmicos o la ventilación. Esas cuestiones son importantes, pero una fábrica de baterías también contiene una gran cantidad de maquinaria industrial convencional.

El material del electrodo pasa a través de rodillos y equipos de corte. Las celdas se colocan, presionan y transfieren automáticamente. Los robots mueven componentes entre estaciones. Los transportadores transportan bandejas a través de líneas de producción, mientras que los AGV y AMR mueven materiales entre diferentes áreas de fábrica.

Estos sistemas pueden crear peligros familiares para la maquinaria, como arrastrar, aplastar, cortar, atrapar, impactar y mover inesperadamente.

Una estación de servicio de baterías, por ejemplo, puede presentar dos preguntas de seguridad muy diferentes al mismo tiempo: cómo gestionar los riesgos de proceso relacionados con los electrolitos y cómo mantener a una persona alejada de accesorios en movimiento, mecanismos de indexación o equipos de transferencia.

La primera pregunta pertenece principalmente a la ingeniería de procesos, química y de seguridad contra incendios. El segundo pertenece a la seguridad de las máquinas.

Este artículo se concentra en el lado de la maquinaria: cómo interactúan las personas con movimientos peligrosos, cómo se puede controlar el acceso y dónde pueden encajar diferentes tecnologías de protección o detección.

Comience con el peligro, no con el sensor

Uno de los errores más fáciles en la protección de la máquina es comenzar con la pregunta del producto: ¿debería esta máquina utilizar una cortina de luz, un escáner láser u otro dispositivo de protección?

Un punto de partida más útil es más sencillo: ¿qué puede lastimar a la persona, dónde está el peligro y cómo puede alcanzarlo?

Una máquina calandradora

El peligro mecánico dominante puede ser el alto contacto de fuerza entre grandes rodillos giratorios. Si la producción normal no requiere acceso a esa área, impedir el acceso a través del diseño y la protección de la máquina es generalmente una medida más fundamental que dejar el estrecho expuesto y depender de la detección.

Una estación de montaje automatizada

La situación puede ser diferente si un operador necesita cargar piezas a través de la misma abertura en cada ciclo de producción. En este caso, mantener la abertura permanentemente cerrada puede resultar poco práctico y la protección electrosensible puede volverse relevante si la función de seguridad completa y el rendimiento de frenado lo respaldan.

Una célula robótica

El movimiento del robot puede cubrir un área mucho mayor. Es posible que el problema de seguridad ya no sea una abertura o un punto de peligro, sino el acceso a una celda automatizada completa que contenga el robot, las herramientas, los accesorios y otra maquinaria.

También importa cómo se utiliza la máquina. Es posible que los operadores necesiten muy poco contacto durante la producción automática normal, pero trabajen mucho más cerca del equipo durante el cambio, roscado, limpieza, recuperación de fallas o mantenimiento.

Finalmente, la detección es sólo una parte de la función de seguridad. Se debe evaluar la señal y el movimiento peligroso debe alcanzar el estado seguro requerido antes de que la persona alcance el peligro.

Seguridad de las máquinas en la fabricación de baterías de iones de litio: dónde aparecen los riesgos

La naturaleza de la maquinaria cambia a medida que la producción de baterías pasa de electrodos a celdas y paquetes terminados.

La fabricación inicial está dominada por el manejo continuo de la red. Los procesos posteriores dependen más de estaciones automatizadas compactas, transferencia de materiales, robots e intralogística.

La tabla es un mapa más que un gráfico de selección. Dos máquinas que realizan el mismo proceso aún pueden requerir diferentes medidas de seguridad porque sus diseños, aberturas de acceso, modos de funcionamiento y características de parada son diferentes.

Fabricación de electrodos: recubrimiento, calandrado y corte

La fabricación de electrodos contiene algunas de las máquinas continuas más características de una planta de baterías. La lámina metálica pasa por el recubrimiento y el secado, el prensado en rollo y el corte antes de prepararse para la fabricación de celdas.

Recubrimiento de electrodos

Una línea de recubrimiento es mucho más que el propio cabezal de recubrimiento. Puede extenderse a una distancia considerable e incluir estaciones de desenrollado y rebobinado, rodillos guía, mecanismos de tensión de banda y otros componentes accionados.

La línea puede funcionar automáticamente durante largos períodos, pero eso no significa necesariamente que la exposición humana sea baja en cada etapa de la operación. La carga de rollos, el enhebrado de materiales, el arranque, la inspección y el cambio de rebobinado pueden acercar a las personas mucho más a la maquinaria que la producción constante.

Para la seguridad de la maquinaria, el principio y el final del recorrido de la banda a menudo merecen tanta atención como el proceso de recubrimiento en sí. Es necesario colocar rodillos pesados, los ejes pueden girar y la banda debe seguir una ruta definida a través de múltiples componentes accionados.

Calandrado

El calandrado comprime el material del electrodo recubierto entre rodillos giratorios para lograr el espesor y la densidad requeridos.

Desde una perspectiva de seguridad de las máquinas, la característica más importante es la pellizco de rodillo de alta fuerza. El material se extrae intencionalmente a través de los rollos, lo que significa que una línea de contacto accesible también puede crear un grave peligro de entrada y aplastamiento para una persona.

Por tanto, la primera pregunta no es “¿Qué sensor debería proteger los rodillos?” pero “¿Cómo se puede evitar el acceso al estrecho de alta fuerza?”

Cuando el acceso rutinario es innecesario, la protección fija o entrelazada puede ser la solución más directa. Si una tarea operativa requiere realmente un punto de acceso abierto, el diseñador debe considerar la ruta de acceso, el rendimiento de parada de la máquina y si la detección protectora es adecuada.

Cortar

El corte corta una banda de electrodos ancha en tiras más estrechas para la producción de celdas posteriores. La sección de corte es el peligro obvio, pero no es todo el problema de seguridad.

Una cortadora-rebobinadora también puede incluir ejes motorizados, rodillos, mandriles y sistemas de rebobinado. Muchas interacciones reales del operador ocurren durante el roscado de la banda, el cambio de rollo, la eliminación y el ajuste del rebobinado en lugar de mientras la sección de corte funciona normalmente.

Los componentes de corte que no requieren acceso de rutina pueden permanecer cerrados. Las posiciones de rebobinado y carga pueden necesitar un enfoque diferente porque las personas trabajan más cerca del material y de los mecanismos de rotación.

A través del recubrimiento, calandrado y corte, surge una lección útil: la mayor exposición humana ocurre a menudo durante las transiciones del proceso más que durante la producción automática constante.

Fabricación de celdas: bobinado, apilamiento, montaje y llenado de electrolitos

Después de la preparación de los electrodos, la maquinaria cambia de carácter. Los equipos largos de procesamiento de banda dan paso a mecanismos automatizados más pequeños y rápidos empaquetados en máquinas y estaciones de trabajo comparativamente compactas.

Bobinado y apilado

En el bobinado, los materiales de electrodos y separadores se forman en una estructura compacta. En el apilamiento, las láminas de electrodos y las capas separadoras se colocan en secuencia.

Estos procesos pueden contener muchos movimientos sincronizados en un espacio pequeño: rodillos de alimentación, abrazaderas, pinzas, cortadores, cabezales de bobinado y ejes de indexación. Ningún movimiento por sí solo debe parecer dramático para que exista un peligro grave de pellizco, aplastamiento o corte.

El acceso frecuente es una de las cuestiones de diseño importantes. Si los operadores reponen material periódicamente, retiran piezas o interactúan con una posición de carga, el límite de la máquina debe soportar ese flujo de trabajo de producción sin exponer innecesariamente los mecanismos internos.

Montaje celular

El ensamblaje comúnmente introduce una estructura de producción basada en una estación: llegan los componentes, un dispositivo los posiciona o los sujeta, se lleva a cabo un proceso y la pieza se transfiere a la siguiente estación.

Los servoejes, los cilindros neumáticos, las prensas, las mesas indexadoras y los accesorios móviles pueden crear puntos de captura locales.

La cuestión de la seguridad de las máquinas pasa cada vez más de proteger un mecanismo a proteger la interfaz entre una persona y una secuencia de estaciones automatizadas.

Los puntos de carga son particularmente importantes porque pueden ser el lugar donde la producción normal acerca intencionalmente al operador al proceso automático.

Relleno de electrolitos

El llenado de electrolitos introduce riesgos específicos del proceso, pero el equipo de llenado aún puede contener maquinaria convencional como mesas indexadoras, accesorios, puertas automáticas y mecanismos de transferencia.

Esos peligros mecánicos requieren su propia evaluación. Los controles de exposición a sustancias químicas no protegen automáticamente a una persona de un dispositivo de cierre o de un sistema de transferencia motorizado.

Formación, Montaje de Módulo/PACK y Transferencia de Material

Más abajo, la seguridad de las máquinas se convierte cada vez más en un problema problema a nivel de línea más que el problema de una máquina aislada.

Formación y calificación

La formación recibe mucha atención debido a consideraciones eléctricas y térmicas, pero gran parte del riesgo mecánico puede provenir de la automatización que rodea el proceso.

Las celdas y bandejas pueden moverse mediante transportadores, elevadores, lanzaderas, bastidores u otros sistemas de manipulación. Durante el funcionamiento normal, es posible que el personal rara vez se acerque al equipo. Sin embargo, la inspección o el mantenimiento pueden requerir la entrada a una zona automatizada mucho más grande.

Una vez que es posible la entrada de todo el cuerpo, no basta con detectar simplemente que alguien cruzó un límite. El concepto de seguridad también debe abordar el reinicio inesperado mientras una persona permanece dentro.

Montaje de módulos y PACK

La producción de módulos y PAQUETES a menudo se asemeja a una línea de montaje industrial altamente automatizada. Robots, accesorios, prensas, equipos de soldadura, sistemas de elevación y transportadores pueden operar dentro de la misma área de producción.

Por lo tanto, pueden existir varios peligros en una celda. Un robot puede colocar celdas mientras un dispositivo las sujeta; un cabezal de unión puede colocarse en su lugar; Luego, un transportador puede transferir el módulo fuera de la estación.

El producto manipulado también se vuelve más grande y pesado a medida que la producción pasa de celdas individuales a módulos y paquetes completos. Un módulo o PAQUETE móvil puede crear por sí solo una zona de trituración entre la carga y las estructuras circundantes de la máquina.

Aquí es también donde el control coordinado relacionado con la seguridad se vuelve más importante. Si varias máquinas comparten una zona protegida, la respuesta requerida debe considerar cada equipo capaz de crear un peligro dentro de esa zona.

Transportadores y sistemas de transferencia

Los transportadores pueden parecer simples en comparación con los robots o las prensas, pero sus peligros se vuelven más obvios cuando se detiene el flujo normal de material.

Una bandeja desalineada, una plataforma bloqueada o una transferencia fallida pueden acercar al operador a empujadores, elevadores, rodillos o mecanismos de indexación que normalmente se mueven sin contacto humano.

Los sistemas de transporte largos también pueden dividir las áreas de trabajo. Los pasos de peatones, los puntos de carga y las aberturas de materiales deben diseñarse intencionalmente en lugar de crearse informalmente después de instalar la línea.

Carga de robots y celdas automatizadas en la fabricación de baterías

Los robots industriales se utilizan ampliamente para el manejo de celdas, transferencia de módulos, procesos de unión, movimiento de bandejas y ensamblaje de PAQUETES. Para una discusión más profunda sobre aberturas de acceso, protección perimetral y monitoreo de áreas, consulte nuestro Guía de seguridad de células robóticas .

El punto de seguridad importante es que una celda robótica no debe evaluarse como un brazo robótico aislado. La aplicación real puede incluir el robot, las herramientas de extremo del brazo, el componente de la batería manipulado, los accesorios, los transportadores y las máquinas adyacentes.

El área peligrosa puede ser mucho mayor que un punto

El movimiento del robot puede cubrir una envolvente operativa tridimensional. Los pinzas y las piezas de trabajo grandes pueden ampliar aún más el alcance efectivo.

Por esa razón, muchas aplicaciones de robots establecen un perímetro protegido definido. Las cuestiones críticas de diseño luego se trasladan a los lugares donde es necesario abrir ese perímetro.

Una abertura de carga y una puerta de personal resuelven diferentes problemas

Es posible que sea necesario que una abertura de carga permanezca accesible en cada ciclo de producción para que los componentes puedan entrar o salir de la celda. El desafío es mantener el flujo de material requerido sin darle a una persona acceso a robots peligrosos o movimientos de accesorios.

Una puerta de personal es diferente porque puede permitir que alguien entre completamente a la celda. Una vez que es posible la entrada de cuerpo completo, el sistema también debe evitar un reinicio automático peligroso mientras esa persona permanece dentro.

Es posible que detener solo el robot no haga que la celda sea segura

Un robot estacionario no garantiza que todo el interior de la celda esté seguro.

Un dispositivo aún puede ser capaz de cerrarse, un elevador aún puede moverse o un transportador puede continuar transportando un módulo pesado a través de la misma área. Por lo tanto, la función de seguridad debe considerar todos los mecanismos peligrosos dentro de la zona protegida.

La enseñanza, la configuración y la recuperación de la producción también crean condiciones operativas que difieren de la producción automática normal, razón por la cual la protección de las células robóticas debe evaluarse a nivel de aplicación.

Seguridad AGV y AMR en fábricas de baterías de iones de litio

Los AGV y AMR mueven cada vez más rollos de electrodos, bandejas de celdas, módulos y otros materiales entre áreas de producción sin requerir una conexión transportadora fija entre cada máquina. Para obtener más detalles sobre los campos de protección y la protección del personal de robots móviles, consulte nuestro Guía del escáner láser de seguridad AGV y AMR .

Su desafío de seguridad difiere de la de la maquinaria estacionaria porque el propio equipo peligroso se mueve por la fábrica.

La interacción peatonal es el problema central

Un vehículo puede compartir pasillo con personas, pasar por intersecciones, acercarse a estaciones de trabajo o atracar junto a equipos de producción. La colisión es sólo un peligro potencial; El atrapamiento entre el vehículo y una pared, máquina o bastidor puede ser igualmente importante.

Por lo tanto, la estrategia de seguridad debe tener en cuenta la dirección del vehículo, la velocidad, el rendimiento de frenado, la geometría de la carga y el entorno alrededor del vehículo.

La zona de protección se mueve con el vehículo

Un robot móvil que viaja a través de un pasillo abierto puede requerir una distancia de protección diferente con respecto al mismo vehículo que se acerca lentamente a una estación de acoplamiento.

La detección sólo es útil si el vehículo puede lograr la respuesta segura requerida antes de llegar a la persona. La carga, las condiciones del piso, la respuesta de frenado y control pueden afectar el rendimiento de frenado.

Viajar y atracar son dos situaciones de seguridad diferentes

En una estación de atraque, el vehículo puede interactuar con transportadores, elevadores, rodillos u otra maquinaria.

Un AGV detenido de forma segura aún puede convertirse en parte de una operación de transferencia peligrosa una vez que una bandeja o módulo comienza a moverse entre la plataforma móvil y la máquina fija.

Por lo tanto, la seguridad en los viajes y la seguridad en el traslado de carga deben evaluarse por separado.

La detección de navegación y la detección de protección del personal son trabajos diferentes

Los robots móviles pueden utilizar más de un sistema de detección basado en láser. Uno puede proporcionar datos de escaneo ambiental para localización, mapeo o planificación de rutas, mientras que otro participa en la función relacionada con la seguridad utilizada para proteger a las personas.

Debido a que ambas tecnologías pueden detectar objetos y medir distancias, sus funciones a veces se confunden.

El vehículo y su carga también deben considerarse juntos. Un bastidor, bandeja o PAQUETE de baterías puede extenderse más allá de la plataforma móvil y cambiar las posibles zonas de trituración alrededor del sistema.

El diseño de la fábrica también importa. La buena visibilidad, los cruces controlados, el ancho adecuado de los pasillos y la separación sensata entre las áreas de trabajo de los peatones y el tráfico frecuente de vehículos pueden reducir las interacciones difíciles antes de que un sensor necesite responder.

Elegir la tecnología de detección y protección adecuada

El proceso de fabricación nos dice dónde investigar, pero no determina el dispositivo de protección.

Diferentes tecnologías resuelven diferentes problemas.

¿Cortina de luz o escáner láser de seguridad?

Una cortina de luz de seguridad suele ser muy adecuada para una abertura definida donde las personas necesitan acceso frecuente pero el límite protegido permanece relativamente estrecho.

Un escáner láser de seguridad se vuelve más atractivo cuando el problema implica monitorear un área bidimensional más grande al nivel del piso o alrededor de equipos móviles.

Ninguna de las tecnologías es automáticamente “mejor.” La geometría de la ruta de acceso y la función de seguridad requerida determinan qué enfoque tiene sentido.

La detección protectora no funciona sola

Una vez que una cortina de luz, un escáner o un enclavamiento detecta una condición que requiere acción, la señal aún debe evaluarse y traducirse en la respuesta requerida de la máquina.

Una forma sencilla de ver la cadena es: detección → evaluación relacionada con la seguridad → respuesta de la máquina → estado seguro.

¿Escáner láser de seguridad o LiDAR 2D industrial?

Esta distinción es especialmente importante en las fábricas de baterías automatizadas.

Industrial 2D LiDAR puede proporcionar datos de escaneo útiles para navegación, localización, posicionamiento, detección de objetos u otras tareas de automatización. Un escáner láser de seguridad tiene un propósito diferente cuando participa en una función de protección del personal relacionada con la seguridad.

Principios de detección óptica similares no hacen que los dispositivos sean intercambiables.

Normas de seguridad de la maquinaria a considerar

Varios estándares pueden ser relevantes para una línea de producción de baterías porque responden diferentes preguntas de ingeniería.

No todas estas normas abordan el mismo problema. ISO 12100 proporciona el marco general de evaluación de riesgos; ISO 13849-1 trata del control relacionado con la seguridad; ISO 13855 ayuda con el posicionamiento de salvaguardia; IEC 61496 aborda equipos de protección electrosensibles; ISO 10218 cubre aplicaciones de robots; y la norma ISO 3691-4 aborda las carretillas industriales sin conductor.

Ningún número estándar hace que una máquina de producción de baterías completa sea segura o compatible. Aún es necesario evaluar la máquina real, las funciones de seguridad, la instalación, el mercado objetivo y los requisitos reglamentarios aplicables.

Para aplicaciones de cortinas de luz donde se evalúa la distancia de seguridad, consulte nuestro Calculadora de distancia de seguridad ISO 13855 .

Dónde pueden encajar las tecnologías CCH

La selección del producto debe realizarse después de que se haya definido la función requerida. Las familias de productos CCH cubren varias de las funciones relacionadas con la detección y la seguridad analizadas anteriormente, pero no todas realizan el mismo trabajo.

Un relé de seguridad puede ser apropiado para funciones de seguridad sencillas, pero las celdas de producción complejas con múltiples zonas, modos de operación y funciones de parada coordinadas pueden requerir un controlador de seguridad programable o PLC de seguridad apropiado.

La familia YB 2D LiDAR pertenece a una categoría funcional diferente. Los modelos de datos sin procesar adecuados pueden proporcionar información de escaneo utilizada por los sistemas para navegación, localización y otras tareas de automatización.

Cuando la protección del personal requiera una función protectora con clasificación de seguridad, un YB LiDAR sin clasificación de seguridad no debe sustituirse por un escáner láser de seguridad u otro dispositivo de protección adecuado con clasificación de seguridad.

Preguntas frecuentes

Referencias y lecturas adicionales

Las siguientes normas y fuentes técnicas proporcionan antecedentes para los principios de seguridad de la maquinaria y los procesos de fabricación de baterías de iones de litio que se analizan en esta guía.

• ISO 12100:2010 « Seguridad de la maquinaria “Principios generales para el diseño “Evaluación y reducción de riesgos.
• ISO 13849-1:2023 « Seguridad de la maquinaria “ Partes de sistemas de control relacionadas con la seguridad « Parte 1: Principios generales para el diseño.
• ISO 13855:2024 « Seguridad de las máquinas “Posicionamiento de las salvaguardias con respecto al abordaje del cuerpo humano.
• Serie IEC 61496 «Equipo de protección electrosensible: IEC 61496-1:2020 , IEC 61496-2:2020 y IEC 61496-3:2025 .
• ISO 10218-1:2025 / ISO 10218-2:2025 «Requisitos de seguridad para robots industriales, aplicaciones robóticas y células robóticas.
• ISO 3691-4:2023 « Carretillas industriales « Requisitos de seguridad y verificación « Parte 4: Carretillas industriales sin conductor y sus sistemas.
• Liu et al., Fabricación actual y futura de baterías de iones de litio, iScience, 2021 « Descripción técnica de los procesos de fabricación de baterías de iones de litio.
• Dürr « Fabricación de electrodos de batería de iones de litio « Antecedentes de procesos industriales que cubren manipulación, recubrimiento y secado de bandas, calandrado y corte.

Las normas y requisitos reglamentarios pueden cambiar y diferir según el tipo de máquina, la aplicación y el mercado. Se deben confirmar los requisitos aplicables para la maquinaria e instalación específicas.

¿evaluación de la protección de máquinas para equipos de fabricación de baterías?

La selección útil de productos normalmente requiere más información que el nombre de la máquina por sí solo.

Si está evaluando una cortina de luz de seguridad, un escáner láser de seguridad, un relé de seguridad o un LiDAR 2D industrial, la información de arranque útil incluye la máquina o el proceso, el área peligrosa, las fotografías o un dibujo de diseño, las dimensiones de acceso y el tiempo de parada de la máquina si es ya conocido.

Con esa información, podemos discutir qué categoría de producto CCH puede encajar en la aplicación y qué detalles técnicos deben confirmarse antes de la selección final.

El constructor de máquinas responsable, el integrador de sistemas o el profesional de seguridad calificado deben completar la evaluación final de riesgos de la maquinaria, el diseño de las funciones de seguridad y el cumplimiento para el mercado objetivo y de máquinas específicas.