La nouvelle calandre haute précision d’Ingecal allie performances et polyvalence

Le calandrage des électrodes est une étape essentielle du processus de fabrication des batteries. Ingecal a mis ses trente ans d’expérience au service de la production d’équipements dédiés à la batterie pour concevoir une nouvelle calandre qui, outre son haut niveau de précision, adopte une architecture et offre des performances lui permettant d’être employée tout aussi bien en R&D qu’en production. Sa Calandre-220T met en œuvre un système de pilotage sophistiqué, orchestré par les solutions avancées de contrôle d’axes de Siemens. 

La machine trône majestueusement dans l’atelier. Son nom est inscrit en lettres blanches sur le fond noir de sa face-avant galbée. Il repose sur une mince bande bleue-outremer où se fond discrètement les couleurs du drapeau revendiquant sa fabrication française. Son bâti au design soigné sert d’écrin à une mécanique sophistiquée. Deux imposants cylindres révèlent leur présence par les vifs reflets qui s’échappent de ses portes translucides. Si cette machine de calandrage se distingue par ses lignes élégantes, c’est surtout par ses performances qu’elle fait la différence. Son nom : Calandre-220T. Son concepteur-fabricant français : Ingecal.  Sa mission : tenir un rôle central dans le process de fabrication de l’électrode d’une batterie et plus particulièrement de son calandrage. 

Cette machine est le fruit de la solide expérience d’Ingecal dans le domaine de la conception et la fabrication d’équipements dédiés à la production de batteries de toutes sortes. Les solutions de l’entreprise lyonnaise, qui compte 70 collaborateurs, peuvent être tout aussi bien employées en R&D que sur des lignes de production. 150 de ses machines sont actuellement en service en France, aux États-Unis et dans plusieurs pays européens. « Cela fait 30 ans que nous accompagnons nos clients depuis le développement des batteries jusqu’à leur industrialisation en leur fournissant des équipements de laboratoire ainsi que des machines de production. Jusqu’à présent, nous proposions des solutions distinctes répondant aux exigences propres à la R&D et à la production. La Calandre-220T, lancée sur le marché en 2018, réunit ces deux univers. Par sa compacité, sa souplesse de configuration et ses capacités de pilotage sophistiqué, elle convient tout aussi bien aux besoins de la R&D qu’à ceux de la production », explique Pedro Rebelo, PDG d’Ingecal. Ce qui représente un indéniable atout alors que le monde de l’automobile accélère sa transition vers l’électrification et que la batterie est la pièce maîtresse autour de laquelle s’architecture tout véhicule électrique. Actuellement, tous les constructeurs automobiles focalisent leurs efforts et nouent des partenariats étroits avec des spécialistes pour développer et fabriquer en volume des batteries offrant des performances répondant à leurs attentes. Pour atteindre leurs objectifs, les processus de fabrication de la batterie doivent être optimisés pour offrir les propriétés recherchées ainsi que les niveaux de performances, de qualité et de sécurité attendus. Les projets industriels fourmillent depuis les phases de conception en R&D jusqu’au déploiement des systèmes en production.

La Calandre-220T d'Ingecal intervient à une étape cruciale du processus de fabrication des batteries : le calandrage de leurs électrodes. Elle met en œuvre des rouleaux qui exercent une très forte pression sur l'électrode afin d'atteindre l'épaisseur et la porosité souhaitées. Son mécanisme, alliant puissance, vitesse et précision, presse le revêtement constitué de matériaux électrochimiques de l’électrode sans l’écraser avec le moins de déformations possible de façon à ne pas détruire l’électrode. C’est là toute la difficulté. Les équipes de développement d’Ingecal ont mis tout leur savoir-faire dans la conception d’une machine relevant un tel défi. Résultat : la Calandre-220T opère à des cadences de défilement jusqu’à 80 m/min (contre 10 m/min il y a dix ans) tout en affichant une précision de ± 0,5 µm (contre quelques microns il y quelques années). « Nous avons développé cette machine pour répondre aux attentes du marché en pleine expansion des batteries. Nous avons conçu son architecture, ses composants, ses cylindres et son système de pilotage afin de répondre aux besoins actuels et à venir des industriels tant en termes de productivité que de précision », confie Pedro Rebelo. Le ratio entre le diamètre et la table des deux cylindres de calandrage a été savamment optimisé. Ingecal maîtrise l’ensemble du processus de conception et de fabrication des cylindres ainsi que l’ensemble des composants à haute valeur ajoutée : approvisionnement matière, usinage, rectification, contrôle qualité, traitement, épreuves, etc.

Les 220 tonnes de force déployables par la machine sont finement exploitées pour appliquer l’effort juste nécessaire aux caractéristiques de l’électrode. Des technologies de régulation très avancées ont été développées pour s’affranchir des infimes écarts de forme des cylindres afin d’atteindre la précision de 1 µm. Le gap entre chaque cylindre, dont la cartographie est prise en compte, est mesuré en temps réel. Au final, les cylindres sont automatiquement positionnés de façon à ce que leur écart de forme n’affecte pas la précision finale. « Cette solution, outre les cadences et la très haute précision atteintes, nous a permis de construire une machine disposant de la juste structure pour maintenir le gap constant là où certaines machines du marché adoptent des bâtis démesurés et appliquent des centaines de tonnes de pression par sécurité », indique Pedro Rebelo. 

Cet innovant système de pilotage, qui exploite un automate, des servomoteurs et des variateurs de Siemens (voir encadré), a permis de concevoir une machine compacte occupant quatre fois moins de surface au sol que celle de certains constructeurs asiatiques. La compacité de la Calandre-220T lui permet d’être aussi appropriée à une utilisation en laboratoires qu’en production et réduit significativement le volume des salles blanches anhydres où elle doit être employée. « Ce qui a un impact important tant sur les coûts liés à l’occupation de l’espace au sol d’une usine ou d’un centre R&D, mais également sur le dimensionnement des systèmes de traitement d’air et de leur consommation d’énergie », souligne Julien Porcher, Responsable Projets, chez Ingecal.

La modularité de la machine, alliée à sa compacité et à la souplesse de ses outils de régulation et de pilotage, permet d’utiliser le même équipement pour le développement des électrodes et leur production industrielle. « Une fois que la recette et les caractéristiques de fabrication optimales ont été déterminées en R&D, celles-ci peuvent être mises en œuvre sur une même machine en production, éliminant ainsi les longues phases d’ajustement, de paramétrage et de mise au point », ajoute Julien Porcher.  Développée fin 2018, la Calandre-220T répond ainsi pleinement aux attentes des fabricants de batteries. Cinq exemplaires sont déjà opérationnels dans les usines de production et des centres de recherche en Europe et aux États-Unis. Ingecal continue d’améliorer sa machine avec pour objectif de proposer dans les prochaines années, une calandre de haute précision pouvant atteindre des cadences de 120 m/min. 

Parallèlement à ses efforts de développement, l’entreprise lyonnaise a créé, en 2021, une filiale dont la mission est d’accompagner les fabricants de batteries dans le développement de leurs produits. Ingecal R&D va ainsi mettre ses équipements et son expertise à profit, afin de les aider à accroître les performances de leurs batteries tout en réduisant leurs coûts. 1,5 millions d’euros ont été investis dans la mise en place de cette structure dédiée à la mise au point et à l’industrialisation de nouveaux produits, en s’appuyant sur des équipements de production et de deux laboratoires d’essais : une salle propre et une salle anhydre de 70 m2, opérationnelle à l’été 2021. Des moyens de métrologie ainsi qu’une équipe R&D experte dans la batterie sont également à disposition.

Ainsi, les connaissances et les données acquises par Ingecal R&D dans des situations réelles permettront d’améliorer le fonctionnement ainsi que les systèmes de régulation des calandres d’Ingecal. Cela permettra également de préparer de nouvelles générations de machines de production taillées pour la fabrication des batteries du futur.