Spotlight Batterie

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In unseren aktuellen Forschungsprojekten beschäftigen wir uns mit den unterschiedlichsten Themenkomplexen im Bereich Batterieproduktion. Wir möchten in unserer Reihe » Spotlight Batterie« einige dieser Themen in den Fokus stellen und Ihnen die Herausforderungen, aber auch erste Lösungsansätze vorstellen. Nach und nach beleuchten wir Schwerpunkte der Batterieforschung und freuen uns über Ihr Feedback.

Digitale Zwillinge in der Batterieindustrie

Entlang des Lebenszyklus einer Batterie entsteht heute eine vollständige neue Datenlandschaft. Umfangreiche Produktivitätsgewinne werden denen in Aussicht gestellt, denen es gelingt diese Datenlandschaft für sich zu erschließen. Viele Unternehmen stehen hier jedoch noch ganz am Anfang.

Warum ist das wichtig?

Produktentwickler und Produktionsingenieure, stehen vor der Herausforderung leistungsfähige Batteriezellen zu designen und diese in ressourcenschonenden Prozessen herzustellen. Endkunden erwarten langlebige und gleichzeitig kostengünstige batteriebetriebene Produkte. Um Materialkreisläufe entlang der Wertschöpfungskette Batterie zu schließen müssen Recycler die Effizienz ihrer Recyclingprozesse und die Qualität ihrer Rezyklate steigern. Daten können bei all diesen Herausforderungen einen wichtigen Beitrag liefern. Offen bleibt bisher die Frage, wie es gelingt die verschiedenen Datenquellen entlang eines Batterielebenszyklus in erfahrbare Mehrwerte für Produzenten und Kunden zu übersetzen?

Digitale Zwillinge sind dafür eine Schlüsseltechnologie.

Das Erfolgsrezept

Ein digitaler Zwilling ist ein dynamisches Modell eines physischen Systems mit Dateninteraktionen in Echtzeit, das eine genauere Systemanalyse ermöglicht und darauf basierend Aktionen zur Verbesserung des Systemverhaltens auslöst. 

Durch die kontinuierliche Anreicherung mit Realdaten unterstützten digitale Zwillinge ihre Nutzer mit deskriptiven, analytischen und prädiktiven Fähigkeiten. Digitale Zwillinge sind damit eine elegante Lösung um in allen Lebenszyklusphasen Zeit zu sparen, Kosten zu senken, Qualität zu erhöhen und Flexibilität zu steigern.

Design – Digitale Zwillinge stellen Entwicklern von Batterien Nutzungsdaten früherer Produktversionen zur Durchführung risikoloser, virtueller Tests zur Verfügung. Hierdurch kann die Anzahl der erforderlichen Simulationsdurchläufe und -zeiten aber auch der Umfang erforderliche Labortätigkeiten beim Aufbau von Testzellen reduziert werden.

Produktion –Angebunden an umfangreiche Datenquellen aus der Produktion ermöglicht ein digitaler Zwilling den Prozessingenieuren, das zukünftige Verhalten der Produktion mit unterschiedlichen Parametrisierungen zu simulieren und zu bewerten und damit die (Zwischen)Produktqualität und Prozesszeiten zu verbessern.

Nutzung – Der digitale Zwilling unterstützt den Batterienutzer, -hersteller und -designer, wobei die Lebensdauer der Batterie erhöht wird und essentielle Informationen zur Leistungsverbesserung und Wartung bereitgestellt werden. Zusätzlich können die gespeicherten Nutzungsdaten  zur Weiternutzung in anderen Lebenszyklusphasen über den digitalen Zwilling bereitgestellt werden.

End-of-Life – Am Ende des Lebenszyklus erleichtert ein digitaler Zwilling die Kreislaufwirtschaft durch schnellere End-of-Life-Tests und die Bewertung von Second-Life-Einsatzmöglichkeiten. Im Digitalen Zwilling gespeicherte Informationen zu Materialzusammensetzung und Aufbau ermöglichen außerdem eine verbesserte stoffliche Verwertung.

Unser Beitrag für Ihren Erfolg

Die am Fraunhofer IPA entwickelten Methoden helfen dabei, dass Potenzial der Implementierung des digitalen Zwillings für ein Produkt oder einen industriespezifischen Produktionsprozess zu heben. Durch unsere kombinierten Kompetenzen in den Bereichen Digitalisierung, Produktionstechnik, Modellierung und Simulation unterstützen wir unsere Kunden bei der Priorisierung, Planung, Umsetzung und Integration digitaler Zwillinge in ihre IT-Architektur und Geschäftsprozesse. Wir verfügen dabei insbesondere über weitreichende Expertise bei der Abbildung physischer Assets in digitalen Modellen, der Standardisierung der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) als Repräsentationsformat des digitalen Zwillings, dem Aufbau von IT-Systemlandschaften.

Technologien für die Batterie Circular Economy

Während die Elektromobilität wegen ihres Potenzials zur Reduktion von Treibhausgasemissionen gepriesen wird, sind Strategien zum Aufbau geschlossener Materialkreisläufe, insbesondere für die Kernkomponente Batterie, noch lange nicht vollständig etabliert.

Warum ist das wichtig?

Unternehmen, die batteriebetriebene Produkte auf den Markt bringen, sind heute gefordert, die Nachhaltigkeit ihrer Geschäftsmodelle zu optimieren und Wertschöpfungspotenziale entlang der gesamten Produktlebenszyklen zu erschließen. 

 

Das Erfolgsrezept

In unserer Arbeit haben wir die De- und Remontage als eine Schlüsseltechnologie identifiziert, die notwendig ist, um Geschäftstätigkeiten in den Bereichen Reparatur, Wiederaufbereitung, Wiederverwendung und Recycling zu fördern. Wir haben festgestellt, dass Unternehmen, die die De- und Remontage auf automatisierte, flexible und skalierbare Weise beherrschen, sich nachhaltig Wettbewerbsvorteile erarbeiten können. 

Die Automobilhersteller müssen sich mehr denn je mit Geschäftsmodellen im Sinne einer Circular Economy auseinandersetzen. Ein breites Netz strategischer Dienstleistungs- und Technologiepartnerschaften kann dabei helfen, schnell voranzukommen und vor allem in zwei Geschäftsbereichen zu skalieren. 

  • Erstens im Bereich Reparatur, Wiederaufbereitung und Wiederverwendung mit dem Ziel, Werte zu erhalten, Nutzungsdauern von Batterien zu verlängern und den Bedarf an Ersatzbatterien zu verringert.
  • Zweitens im Bereich Recycling mit dem Ziel, transparente und geschlossene Materialkreisläufe zu etablieren und die zurückgewonnenen, hochwertigen Materialien zur Herstellung neuer Batteriesysteme wiederzuverwenden.

 

Unser Beitrag

Das Fraunhofer IPA vereint Kompetenzen, um Sie bei der Planung von Batterie-Rücknahmelogistik, Demontagefabrik und -anlagen zu unterstützen. Wir verfügen darüber hinaus über Schlüsselkompetenzen bei der Gestaltung von intelligenten (De-) und Remontagefunktionen in maßgeschneiderten, flexiblen und skalierbaren Prozesskettenkonfigurationen.