Batteriepacks zerstörungsfrei demontieren

Die steigende Zahl batterieelektrischer Fahrzeuge wirft Fragen nach ihrer Nachhaltigkeit und der Verfügbarkeit von Rohstoffen auf. Schon aus wirtschaftlichen und strategischen Gründen spielt die Rohstoffsicherung eine immer größere Rolle und auch die politischen Vorgaben sind eindeutig: Die EU hat für die kommenden Jahre höhere Recyclingquoten für die in Batterien verwendeten Materialien und Rohstoffe festgeschrieben. Das Recycling von Batterien und die Rückführung von Rohstoffen in den Kreislauf ist daher ein wichtiger Beitrag zur Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Industrie. Mit der steigenden Zahl von Elektrofahrzeugen und den entsprechenden politischen Rahmenbedingungen wird der Recyclingmarkt wachsen – und damit auch der Bedarf an Automatisierungslösungen.

Wertvolle Rohstoffe zurückgewinnen

Das Recycling der Batteriemodule ist vor allem deshalb wirtschaftlich interessant, weil sie große Mengen wertvoller Metalle wie Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Kupfer enthalten. Diese Metalle werden in energieintensiven pyro- und hydrometallurgischen Verfahren aus der sogenannten Schwarzmasse gewonnen, die nach der mechanischen Aufbereitung der Batterien übrig bleibt. Dazu zerlegt und sortiert man – heute meist noch manuell – die Bestandteile des Batteriepacks wie Wanne, Deckel und Kabel, da auch sie wiederverwertbare Materialien enthalten. Um Batterien auch in großer Stückzahl recyceln zu können, müssen die Abläufe automatisiert werden. Das Thema automatisierte Demontage der Batteriesysteme steht daher weit oben auf der Prioritätenliste der europäischen Automobilindustrie. Die Industrie arbeitet an neuen Produktdesigns, die auf Demontagetauglichkeit ausgelegt sind, um sie am Ende des Lebenszyklus wieder automatisiert demontieren zu können.

Pilotanlage für Demontageprozesse

Im Rahmen des Verbundprojekts Zirkel hat Liebherr-Verzahntechnik eine Pilotanlage für Demontageprozesse zur zerstörungsfreien Zerlegung eines Batteriepacks entwickelt, die seit November 2023 auf dem Forschungscampus des Wolfsburger Open Hybrid Lab Factory (OHLF) in Betrieb ist. „Diese Anlage ist ein Baustein in der Kreislaufwirtschaft, um Batteriesysteme in großen Stückzahlen automatisiert demontieren zu können“, erklärt Viktor Bayrhof, Produktmanager Automationssysteme. Liebherr ist seit April 2024 Mitglied in der OHLF, die die gesamte Wertschöpfungskette in der Kreislaufwirtschaft untersucht. Ebenfalls ist bereits ein zukünftiges Folgeprojekt zur Demontage von Cell-to-Pack-Systemen in der Planung. Als Public Private Partnership bietet die OHLF eine Plattform für die Entwicklung von weiterführenden Lösungen für die automobile Kreislaufwirtschaft. „Indem wir hier gemeinsam zukunftsweisende Projekte vorantreiben, wollen wir Lösungen für die Industrie entwickeln“, erklärt Daniel Reischmann, Technischer Vertriebsingenieur.

Automatisierte Demontage

Die Anlage automatisiert folgende Schritte: Zunächst identifiziert eine 2D-Kamera das Batteriepack. Danach wird der Deckel geöffnet, indem die Schrauben gelöst werden und ein spezieller Greifer den Deckel vom Gehäuse trennt. Im nächsten Schritt werden die genauen Positionen der Batteriemodule, Kabel, Hochvoltverbinder (Busbars) und anderer elektronischer Bauteile erfasst. Um die Busbars zu entfernen und die Hochvoltgefahr zu beseitigen, erkennt und löst die Anlage erneut die Schrauben. Anschließend entfernt sie die Komponenten des Batteriemanagementsystems, wozu sie wiederum Schrauben löst, Kabel durchtrennt und Steckverbindungen zieht. Schließlich werden die Module aus der Batteriewanne entnommen und in exakter Reihenfolge abgelegt, um die Rückverfolgbarkeit (Traceability) zu gewährleisten. „Einzigartig ist, dass die Anlage auch verschmutzte und beschädigte Batterien zerlegen kann“, erläutert Jan Pollmann, Entwicklungsleiter Automationssysteme.

Skalierbare und flexible Lösungen

Liebherr-Verzahntechnik beschäftigt sich intensiv mit diesen Prozessen und entwickelt skalierbare und flexible Lösungen für die automatisierte Demontage. Je nach Anforderung kann das Kemptener Automationsunternehmen Systeme individuell konfigurieren – von einzelnen Roboterzellen über Anlagen, die automatisierte und manuelle Schritte kombinieren, bis hin zu kompletten Demontagelinien. „Dabei wird erprobte Anlagentechnik – also Roboter, Greiftechnik und Software – modular zusammengestellt, sodass Anwender je nach Bedarf die passenden Komponenten beziehen können“, erklärt Bayrhof.

Für Automobilhersteller und Recyclingunternehmen

Mit seinen Lösungen deckt das Unternehmen unterschiedliche Anforderungen ab: Zum einen die hochautomatisierte Seriendemontage gängiger Fahrzeugplattformen für Automobilhersteller (OEMs) – heute meist Modul-to-Pack-Systeme, die in Zukunft von Cell-to-Pack-Batteriegenerationen abgelöst werden. Zum anderen die Anforderungen von Recyclingunternehmen mit hoher Variantenvielfalt, die unterschiedliche Batteriepacks als Einzelstücke oder kleine Losgrößen verarbeiten. „Erste Anfragen liegen uns bereits vor. Als Teil des Netzwerks aus Forschung und Industrie sind wir für die Herausforderungen der Zukunft gerüstet“, fasst Reischmann zusammen.