A segurança da máquina é apenas uma parte da segurança da planta de baterias

As discussões sobre a segurança das baterias de íons de lítio geralmente se concentram no manuseio de eletrólitos, riscos elétricos, prevenção de incêndio, eventos térmicos ou ventilação. Essas questões são importantes, mas uma fábrica de baterias também contém uma grande quantidade de máquinas industriais convencionais.

O material do eletrodo passa através de rolos e equipamentos de corte As células são posicionadas, pressionadas e transferidas automaticamente Os robôs movem componentes entre as estações Os transportadores transportam bandejas através das linhas de produção, enquanto os AGVs e AMRs movem materiais entre diferentes áreas de fábrica.

Esses sistemas podem criar riscos familiares às máquinas, como puxar, esmagar, cortar, prender, impactar e mover inesperadamente.

Um posto de abastecimento de baterias, por exemplo, pode apresentar duas questões de segurança muito diferentes ao mesmo tempo: como gerir os riscos do processo relacionados com eletrólitos e como manter uma pessoa longe de dispositivos móveis, mecanismos de indexação ou equipamentos de transferência.

A primeira questão pertence principalmente à engenharia de processos, química e de segurança contra incêndio. A segunda pertence à segurança das máquinas.

Este artigo concentra-se no lado das máquinas: como as pessoas interagem com movimentos perigosos, como o acesso pode ser controlado e onde podem caber diferentes tecnologias de salvaguarda ou detecção.

Comece com o perigo, não com o sensor

Um dos erros mais fáceis na proteção da máquina é começar com a pergunta do produto: esta máquina deve usar uma cortina de luz, scanner a laser ou outro dispositivo de proteção?

Um ponto de partida mais útil é mais simples: o que pode ferir a pessoa, onde está o perigo e como pode alcançá-lo?

Uma máquina calandragem

O perigo mecânico dominante pode ser o estreitamento de alta força entre grandes rolos rotativos Se a produção normal não exigir acesso a essa área, impedir o acesso através do projeto e proteção da máquina é geralmente uma medida mais fundamental do que deixar o estreitamento exposto e depender da detecção.

Uma estação de montagem automatizada

A situação pode ser diferente se um operador precisar carregar peças através da mesma abertura a cada ciclo de produção Aqui, manter a abertura permanentemente fechada pode ser impraticável, e a proteção eletro-sensível pode se tornar relevante se a função de segurança completa e o desempenho de parada a suportarem.

Uma célula robô

O movimento do robô pode cobrir uma área muito maior O problema de segurança pode não ser mais uma abertura ou um ponto de perigo, mas o acesso a uma célula automatizada inteira contendo o robô, ferramentas, acessórios e outras máquinas.

Como a máquina é usada também importa Os operadores podem precisar de muito pouco contato durante a produção automática normal, mas trabalham muito mais perto do equipamento durante a troca, rosqueamento, limpeza, recuperação de falhas ou manutenção.

Finalmente, a detecção é apenas uma parte da função de segurança O sinal deve ser avaliado e o movimento perigoso deve atingir o estado seguro exigido antes que a pessoa atinja o perigo.

Segurança de máquinas na fabricação de baterias de íons de lítio: onde aparecem os riscos

A natureza do maquinário muda à medida que a produção da bateria passa de eletrodos para células e embalagens acabadas.

A fabricação inicial é dominada pelo manuseio contínuo da web Os processos posteriores dependem mais fortemente de estações automatizadas compactas, transferência de materiais, robôs e intralogística.

A tabela é um mapa em vez de um gráfico de seleção Duas máquinas que executam o mesmo processo ainda podem exigir salvaguardas diferentes porque seus layouts, aberturas de acesso, modos de operação e características de parada são diferentes.

Fabricação de Eletrodos: Revestimento, Calandragem e Corte

A fabricação de eletrodos contém algumas das máquinas contínuas mais características em uma fábrica de baterias A folha metálica passa pelo revestimento e secagem, prensagem e corte de rolos antes de ser preparada para a fabricação de células.

Revestimento eletrodo

Uma linha de revestimento é muito mais do que a própria cabeça de revestimento Pode estender-se por uma distância considerável e incluir estações de desenrolamento e rebobinamento, rolos guia, mecanismos de tensão da alma e outros componentes alimentados.

A linha pode operar automaticamente por longos períodos, mas isso não significa necessariamente que a exposição humana seja baixa em todas as etapas da operação O carregamento do rolo, a roscagem do material, a inicialização, a inspeção e a troca de rebobinamento podem aproximar as pessoas muito mais do maquinário do que a produção constante.

Para a segurança da maquinaria, o início e o fim do caminho da alma merecem frequentemente tanta atenção como o próprio processo de revestimento Os rolos pesados precisam de ser posicionados, os eixos podem rodar e a alma deve seguir uma rota definida através de múltiplos componentes accionados.

Calandragem

A calandragem comprime o material do eletrodo revestido entre rolos rotativos para atingir a espessura e densidade necessárias.

Do ponto de vista da segurança das máquinas, a característica mais importante é a aperto de rolo de alta força. O material é puxado intencionalmente através dos rolos, o que significa que um estreitamento acessível também pode criar um sério risco de estiramento e esmagamento para uma pessoa.

A primeira questão não é, portanto, “Qual sensor deve proteger os rolos?” mas “Como pode ser evitado o acesso ao estreitamento de alta força?”

Onde o acesso de rotina é desnecessário, a guarda fixa ou interligada pode ser a solução mais direta Se uma tarefa operacional requer genuinamente um ponto de acesso aberto, o projetista então precisa considerar a rota de acesso, o desempenho de parada da máquina e se a detecção de proteção é adequada.

Corte

A fenda corta uma ampla teia de eletrodos em tiras mais estreitas para a produção de células a jusante A seção de corte é o perigo óbvio, mas não é todo o problema de segurança.

Um cortador-rebobinador também pode incluir eixos motorizados, rolos, mandris e sistemas de rebobinamento Muitas interações reais do operador ocorrem durante o rosqueamento da teia, mudança de rolo, remoção de rebobinamento e ajuste, em vez de enquanto a seção de corte está funcionando normalmente.

Componentes de corte que não requerem acesso rotineiro podem permanecer fechados As posições de rebobinamento e carregamento podem precisar de uma abordagem diferente porque as pessoas trabalham mais perto do material e dos mecanismos rotativos.

Através do revestimento, calandragem e corte, surge uma lição útil: a maior exposição humana ocorre frequentemente durante transições no processo, e não durante a produção automática constante.

Fabricação de células: Enrolamento, Empilhamento, Montagem e Enchimento de eletrólitos

Após a preparação do eletrodo, o maquinário muda de caráter O equipamento de processamento de banda longa dá lugar a mecanismos automatizados menores e mais rápidos, embalados em máquinas e estações de trabalho comparativamente compactas.

Enrolamento e empilhamento

No enrolamento, os materiais do eletrodo e do separador são formados em uma estrutura compacta No empilhamento, as folhas de eletrodo e as camadas do separador são posicionadas em sequência.

Esses processos podem conter muitos movimentos sincronizados em um espaço pequeno: rolos de alimentação, pinças, pinças, cortadores, cabeças de enrolamento e eixos de indexação Nenhum movimento único precisa parecer dramático para que exista um sério risco de pinçamento, esmagamento ou corte.

O acesso frequente é uma das questões importantes do projeto Se os operadores reabastecem regularmente o material, removem peças ou interagem com uma posição de carregamento, o limite da máquina precisa suportar esse fluxo de trabalho de produção sem expor desnecessariamente os mecanismos internos.

Montagem celular

A montagem geralmente introduz uma estrutura de produção baseada em estação: os componentes chegam, um acessório os posiciona ou os fixa, um processo ocorre e a peça é transferida para a próxima estação.

Servoeixos, cilindros pneumáticos, prensas, tabelas de indexação e dispositivos móveis podem criar pontos de captura locais.

A questão da segurança da máquina muda cada vez mais da proteção de um mecanismo para a proteção da interface entre uma pessoa e uma sequência de estações automatizadas.

Os pontos de carregamento são particularmente importantes porque podem ser o local onde a produção normal aproxima intencionalmente o operador do processo automático.

Enchimento eletrólito

O enchimento de eletrólitos introduz riscos específicos do processo, mas o equipamento de enchimento ainda pode conter máquinas convencionais, como tabelas de indexação, acessórios, portas automáticas e mecanismos de transferência.

Esses perigos mecânicos requerem sua própria avaliação. Os controles para exposição a produtos químicos não protegem automaticamente uma pessoa de um dispositivo de fechamento ou sistema de transferência motorizado.

Formação, Montagem Módulo/PACK e Transferência de Material

Mais a jusante, a segurança das máquinas torna-se cada vez mais uma problema de nível de linha em vez do problema de uma máquina isolada.

Formação e classificação

A formação recebe muita atenção por causa de considerações elétricas e térmicas, mas grande parte do risco mecânico pode vir da automação em torno do processo.

As células e bandejas podem ser movidas por transportadores, elevadores, ônibus, racks ou outros sistemas de manuseio Durante a operação normal, o pessoal raramente pode se aproximar do equipamento A inspeção ou manutenção, no entanto, pode exigir a entrada em uma zona automatizada muito maior.

Uma vez que a entrada de corpo inteiro é possível, simplesmente detectar que alguém cruzou um limite não é suficiente O conceito de segurança também precisa abordar o reinício inesperado enquanto uma pessoa permanece dentro.

Montagem de módulo e PACK

A produção de módulos e PACKS geralmente se assemelha a uma linha de montagem industrial altamente automatizada Robôs, acessórios, prensas, equipamentos de soldagem, sistemas de elevação e transportadores podem operar dentro da mesma área de produção.

Vários perigos podem, portanto, existir em uma célula. Um robô pode posicionar as células enquanto um acessório as prende; uma cabeça de união pode se mover no lugar; um transportador pode então transferir o módulo para fora da estação.

O produto manuseado também se torna maior e mais pesado à medida que a produção passa de células individuais para módulos e pacotes completos. Um módulo móvel ou PACK pode criar ele próprio uma zona de esmagamento entre a carga e as estruturas da máquina circundantes.

É também aqui que o controlo coordenado relacionado com a segurança se torna mais importante Se várias máquinas partilharem uma zona protegida, a resposta necessária deverá considerar cada equipamento capaz de criar um perigo dentro dessa zona.

Transportadores e sistemas de transferência

Os transportadores podem parecer simples em comparação com robôs ou prensas, mas seus perigos tornam-se mais óbvios quando o fluxo normal de material para.

Uma bandeja desalinhada, palete bloqueada ou transferência com falha pode aproximar um operador de empurradores, elevadores, rolos ou mecanismos de indexação que normalmente se movem sem contato humano.

Sistemas de transportadores longos também podem dividir áreas de trabalho Travessias de pedestres, pontos de carregamento e aberturas de materiais devem ser projetados intencionalmente, em vez de criados informalmente após a instalação da linha.

Carregamento de robôs e células automatizadas na fabricação de baterias

Robôs industriais são amplamente utilizados para manuseio de células, transferência de módulos, processos de união, movimentação de bandejas e montagem PACK. Para uma discussão mais profunda sobre aberturas de acesso, proteção perimetral e monitoramento de área, consulte nosso Guia de segurança da célula robótica .

O ponto de segurança importante é que uma célula robótica não deve ser avaliada como um braço robótico isolado A aplicação real pode incluir o robô, ferramentas de fim de braço, o componente da bateria manuseado, acessórios, transportadores e máquinas adjacentes.

A área perigosa pode ser muito maior que um ponto

O movimento do robô pode cobrir um envelope operacional tridimensional. Garras e peças grandes podem estender o alcance efetivo ainda mais.

Por essa razão, muitas aplicações robóticas estabelecem um perímetro protegido definido. As questões críticas de design passam então para os locais onde esse perímetro precisa ser aberto.

Uma abertura de carga e um portão de pessoal resolvem problemas diferentes

Uma abertura de carregamento pode precisar permanecer acessível a cada ciclo de produção para que os componentes possam entrar ou sair da célula O desafio é manter o fluxo de material necessário sem dar a uma pessoa acesso a um robô perigoso ou movimento de fixação.

Um portão de pessoal é diferente porque pode permitir que alguém entre na célula completamente Uma vez que a entrada de corpo inteiro é possível, o sistema também precisa evitar a reinicialização automática perigosa enquanto essa pessoa permanece dentro.

Parar apenas o robô pode não tornar a célula segura

Um robô estacionário não garante que tudo dentro da célula esteja seguro.

Um acessório ainda pode ser capaz de fechar, um elevador ainda pode se mover ou um transportador pode continuar transportando um módulo pesado através da mesma área A função de segurança, portanto, precisa considerar todos os mecanismos perigosos dentro da zona protegida.

O ensino, a configuração e a recuperação da produção também criam condições operacionais diferentes da produção automática normal, razão pela qual a salvaguarda da célula-robô precisa ser avaliada no nível da aplicação.

Segurança AGV e AMR em fábricas de baterias de íons de lítio

AGVs e AMRs movem cada vez mais rolos de eletrodos, bandejas de células, módulos e outros materiais entre áreas de produção sem exigir uma conexão fixa de transportador entre cada máquina. Para mais detalhes sobre campos de proteção e proteção de pessoal de robôs móveis, consulte nosso Guia de scanner a laser de segurança AGV e AMR .

Seu desafio de segurança difere do maquinário estacionário porque o próprio equipamento perigoso passa pela fábrica.

A interação pedonal é o problema central

Um veículo pode compartilhar um corredor com pessoas, passar por cruzamentos, aproximar-se de estações de trabalho ou atracar ao lado de equipamentos de produção A colisão é apenas um perigo potencial; prender entre o veículo e uma parede, máquina ou rack pode ser igualmente importante.

A estratégia de segurança precisa, portanto, levar em conta a direção do veículo, a velocidade, o desempenho de frenagem, a geometria da carga e o ambiente ao redor do veículo.

A área de proteção se move com o veículo

Um robô móvel viajando por um corredor aberto pode exigir uma distância de proteção diferente do mesmo veículo, aproximando-se lentamente de uma estação de ancoragem.

A detecção é útil somente se o veículo conseguir alcançar a resposta segura necessária antes de chegar à pessoa. Carga, condições do piso, frenagem e resposta de controle podem afetar o desempenho de parada.

Viagem e atracação são duas situações de segurança diferentes

Numa estação de acoplamento, o veículo pode interagir com transportadores, elevadores, rolos ou outras máquinas.

Um AGV parado com segurança ainda pode se tornar parte de uma operação de transferência perigosa assim que uma bandeja ou módulo começar a se mover entre a plataforma móvel e a máquina fixa.

A segurança em viagens e a segurança no transporte de carga devem, portanto, ser avaliadas separadamente.

A detecção de navegação e a detecção de proteção de pessoal são tarefas diferentes

Os robôs móveis podem usar mais de um sistema de detecção baseado em laser Um pode fornecer dados de varredura ambiental para localização, mapeamento ou planejamento de rotas, enquanto outro participa da função relacionada à segurança usada para proteger as pessoas.

Como ambas as tecnologias podem detectar objetos e medir a distância, seus papéis às vezes são confusos.

O veículo e a sua carga devem também ser considerados em conjunto Uma cremalheira, bandeja ou PACK da bateria pode estender-se para além da plataforma móvel e alterar as possíveis zonas de esmagamento em torno do sistema.

O layout da fábrica também é importante. Boa visibilidade, travessias controladas, largura adequada do corredor e separação sensata entre áreas de trabalho para pedestres e tráfego frequente de veículos podem reduzir interações difíceis antes que um sensor precise responder.

Escolhendo a tecnologia certa de proteção e detecção

O processo de fabricação nos diz onde investigar, mas não determina o dispositivo de proteção.

Diferentes tecnologias resolvem diferentes problemas.

Cortina de luz ou scanner a laser de segurança?

Uma cortina de luz de segurança é muitas vezes adequada para uma abertura definida onde as pessoas precisam de acesso frequente, mas o limite protegido permanece relativamente estreito.

Um scanner a laser de segurança torna-se mais atraente quando o problema envolve o monitoramento de uma área bidimensional maior no nível do chão ou em torno de equipamentos móveis.

Nenhuma das tecnologias é automaticamente “better.” A geometria da rota de acesso e a função de segurança necessária determinam qual abordagem faz sentido.

A detecção protetora não funciona sozinha

Uma vez que uma cortina de luz, scanner ou intertravamento detecta uma condição que requer ação, o sinal ainda precisa ser avaliado e traduzido na resposta necessária da máquina.

Uma maneira simples de visualizar a cadeia é detecção → avaliação relacionada à segurança → resposta da máquina → estado seguro.

Scanner a laser de segurança ou LiDAR 2 D industrial?

Esta distinção é especialmente importante em fábricas de baterias automatizadas.

O LiDAR 2 D industrial pode fornecer dados de varredura úteis para navegação, localização, posicionamento, detecção de objetos ou outras tarefas de automação Um scanner a laser de segurança serve a um propósito diferente quando participa de uma função de proteção de pessoal relacionada à segurança.

Princípios de detecção óptica semelhantes não tornam os dispositivos intercambiáveis.

Padrões de segurança de máquinas a serem considerados

Vários padrões podem ser relevantes para uma linha de produção de baterias porque respondem a diferentes questões de engenharia.

Estas normas não abordam todas a mesma questão. A ISO 12100 fornece a estrutura geral de avaliação de risco; A ISO 13849-1 trata do controle relacionado à segurança; A ISO 13855 ajuda no posicionamento de salvaguarda; A IEC 61496 aborda equipamentos de proteção eletrosensíveis; A ISO 10218 cobre aplicações de robôs; e a ISO 3691-4 aborda caminhões industriais sem motorista.

Nenhum número padrão único torna uma máquina de produção de bateria completa segura ou compatível A máquina real, as funções de segurança, a instalação, o mercado-alvo e os requisitos regulatórios aplicáveis ainda precisam ser avaliados.

Para aplicações em cortinas de luz onde a distância de segurança está sendo avaliada, consulte nosso Calculadora de distância de segurança ISO 13855 .

Onde as tecnologias CCH podem se encaixar

A seleção do produto deve vir depois que a função requerida foi definida As famílias de produtos CCH cobrem várias das funções relacionadas à detecção e segurança discutidas acima, mas nem todas executam o mesmo trabalho.

Um relé de segurança pode ser apropriado para funções de segurança simples, mas células de produção complexas com múltiplas zonas, modos de operação e funções de parada coordenadas podem exigir um controlador de segurança programável apropriado ou um PLC de segurança.

A família YB 2 D LiDAR pertence a uma categoria funcional diferente Modelos de dados brutos apropriados podem fornecer informações de varredura usadas por sistemas para navegação, localização e outras tarefas de automação.

Onde a proteção do pessoal requer uma função de proteção com classificação de segurança, um YB LiDAR sem classificação de segurança não deve ser substituído por um scanner a laser de segurança ou outro dispositivo de proteção com classificação de segurança apropriado.

Perguntas frequentes

Referências e leituras adicionais

Os seguintes padrões e fontes técnicas fornecem informações básicas para os princípios de segurança de máquinas e processos de fabricação de baterias de íons de lítio discutidos neste guia.

• ISO 12100:2010 Segurança do projeto de máquinas Princípios gerais (Avaliação de risco e redução de risco).
• ISO 13849-1:2023 Segurança de máquinas (Segurança de máquinas) Segurança de sistemas de controle Parte 1: Princípios gerais para projeto.
• ISO 13855:2024 Segurança das máquinas Posicionamento das salvaguardas em relação à abordagem do corpo humano.
• Série IEC 61496 Equipamento de proteção sensível ao Eletro: CEI 61496-1:2020 , CEI 61496-2:2020 e CEI 61496-3:2025 .
• ISO 10218-1:2025 / ISO 10218-2:2025 Ços requisitos de segurança para robôs industriais, células robóticas e células robóticas.
• ISO 3691-4:2023 (Requisitos de segurança industriais e verificação) Parte 4: Caminhões industriais sem motorista e seus sistemas.
• Liu et al., Fabricação atual e futura de baterias de íons de lítio, iScience, 2021 Visão geral dos processos de fabricação de baterias de íons de lítio.
• Fabricação de eletrodos de bateria de íons de lítio Dürr 1 Processo industrial de fundo cobrindo manuseio de teia, secagem, calandragem e corte.

As normas e os requisitos regulamentares podem mudar e podem diferir consoante o tipo de máquina, a aplicação e o mercado Os requisitos aplicáveis devem ser confirmados para a maquinaria e a instalação específicas.

Avaliando a proteção de máquinas para equipamentos de fabricação de baterias?

A seleção útil do produto normalmente requer mais informações do que apenas o nome da máquina.

Se você estiver avaliando uma cortina de luz de segurança, scanner a laser de segurança, relé de segurança ou LiDAR 2 D industrial, as informações úteis de partida incluem a máquina ou processo, a área perigosa, fotos ou um desenho de layout, as dimensões de acesso e o tempo de parada da máquina, se já for conhecido.

Com essas informações, podemos discutir qual categoria de produto CCH pode se enquadrar na aplicação e quais detalhes técnicos devem ser confirmados antes da seleção final.

A avaliação final dos riscos da máquina, o projeto da função de segurança e a conformidade devem ser concluídos para a máquina específica e o mercado-alvo pelo construtor de máquinas responsável, integrador de sistemas ou profissional de segurança qualificado.