Batterieproduktion

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Auf die Antriebsbatterie entfällt ein entscheidender Teil der Wertschöpfung bei der Produktion von Elektroautos. Die Batteriezelle als Schlüsseltechnologie ist hierfür von zentraler Bedeutung. Wirtschaftliche Notwendigkeit und politisches Ziel ist es, Batte­riezellen in Zukunft auch in Europa und Deutschland zu produzieren. Wesentliche Voraussetzung hierfür ist die Planung und der Aufbau klimafreundlicher Giga-Factories zur Produktion hochqualitativer Batteriezellen. Die durchgängige Digitalisierung der Wertschöpfungskette soll hierbei die entscheidenden Wettbewerbsvorteile bringen und als Alleinstellungsmerkmal etabliert werden. Am Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion werden hierzu die Methoden und Werkzeuge entwickelt und im Rahmen einer Laborlinie umfangreich getestet und erprobt.

Die Wertschöpfungskette in der Batteriezellenproduktion durchgängig zu digitalisieren, gehört zu den Aufgaben des Zentrums für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB). Dabei unterstützt das Forschungs­angebot die Qualifizierung und Skalierung von bestehenden (Li-Ionen) und zukünftigen Batteriezell­konzepten und Fertigungsverfahren. Im Vordergrund steht immer die Stabilisierung und Steigerung der Produktqualität unter Berücksichtigung von strengen ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen. Um diese zu erreichen, optimiert das ZDB einzelne Produktionsprozesse,  ganze verkettete Produktionslinien sowie die übergeordnete Prozess- und Gebäudeinfrastruktur. Im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion des Fraunhofer IPA soll in Zukunft die gesamte Fertigungskette der Lithium-Ionen-Batteriezellenproduktion aufgebaut und digitalisiert werden.

Leistungen und Kompetenzen

Unser Dienstleistungsportfolio umfasst die Beratung sowie Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in folgenden Bereichen:

    • Gestaltung und Bewertung resilienter Produktionsnetzwerke und Supply Chains
    • Planung wertstromorientierter, wandlungsfähiger und energieeffizienter Fabriken
    • Konzeption klimafreundlicher Energieversorgungskonzepte für Produktionsstandorte
    • Auslegung von bedarfsgerechter Rein-, Sauber- und Trockenraumtechnik
    • Auslegung energieeffizienter Anlagen für die Prozess- und Fabrikinfrastruktur
    • Gestaltung von Minienvironments für die Batteriezellenproduktion
    • Entwicklung von Handhabungs- und Logistiklösungen für Rein- und Trockenräume
    • Entwicklung automatisierter Montagelösung für die Batteriefertigung (Modul, Pack)
    • Dispergieren und Analysieren von Slurrys, Pasten und Tinten
    • Nass- und Trockenbeschichtung von Aktivmaterialien (Anode und Kathode)
    • Entwicklung von Automatisierungslösungen für die Assemblierung von Batteriezellen
    • Untersuchung von Laserschweißverfahren zur Kontaktierung von Batteriezellen
    • Erforschung bedarfsgerechter Verfahren zur Elektrolytbefüllung von Batteriezellen
    • Entwicklung zeiteffizienter Formierprogramme für die Batteriezellenfertigung
    • Herstellung kundenspezifischer Batteriezellprototypen und -kleinserien auf der Laborlinie
  • IT-Architekturen, Datenakquisition und Handling

    • Konzeption und Plug-and-Play-Integration von modernen Sensorlösungen
    • Nachvernetzung von Einzelprozessen und Prozessketten inkl. Edge Datenverarbeitung
    • Analyse und Redesign bestehender Unternehmens-IT-Architekturen
    • Entwicklung serviceorientierter Architekturen für cyberphysische Produktionssysteme
    • Gestaltung serviceorientierter Architekturen zur Big-Data-Akquisition und -Verarbeitung
    • Entwicklung Middleware basierter Integrationslösungen zur Orchestrierung von IT-Diensten

     

    Traceability

    • Entwicklung von Traceabilitylösungen für die Elektrodenfertigung über Fingerprintsensorik
    • Entwicklung von Traceabilitylösungen für die Zellassemblierung über intelligente Werkstückträger

     

    Modellbildung, Simulation und Optimierung

    • Konzeption und Entwicklung Digitaler Zwillinge auf Basis kombinierter Modellierungsansätze
    • Entwicklung von Multiskalen- und Multiphysics-Simulation für die Batteriezellenproduktion
    • Modellbasierte Optimierung von Einzelprozessen und Prozessketten der Batteriezellenproduktion
     

    Serviceentwicklung, Informationsrückkopplung und -nutzung

    • Gestaltung von Services zur digitalisierten Produktionsplanung und -steuerung
    • Entwicklung von Services für das modellbasierte Qualitätsmanagement
    • Entwicklung von Services für das modellbasierte Wartungs- und Instandhaltungsmanagement
    • Analyse und modellbasierte Identifikation von Störquellen in verketteten Produktionssystemen
    • Entwicklung von Oberflächen und Front Ends zur Entscheidungsunterstützung von Mitarbeitern
    • Modellbasierte Bewertung alternativer Kreislaufstrategien für Batterien
      (Repair, Reuse, Repurpose, Remanufacturing, Recycling)
    • Modellierung und Simulation von Demontagefabriken
    • Konzeption von Sicherheitstechnik für Batteriedemontage und -recycling
    • Messtechnische Analyse von Rückläuferbatteriemodulen und -zellen
    • Konzeption und Integration von Sensortechnik zur zuverlässigen Bauteildetektion
    • Entwicklung von flexiblen Automatisierungslösungen zur Demontage von Batteriesystemen
    • Entwicklung von Trennverfahren zur Demontage von Batteriesystemen
    • Analyse und chemische Charakterisierung von Zellrecyclat aus Rückläuferbatteriesystemen

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