Forschungsprojekt für sich selbst regelnde Anlagen
Digitalisierte Batterieproduktion
Smartphone, Gabelstapler, Elektroauto – effektive Energiespeicher sind unerlässlich, um von fossilen Energieträgern auf sauberen Strom umsteigen zu können. Das Fraunhofer IPA hat ein Projekt gestartet, das Batteriezellen kostengünstiger machen und deren Qualität verbessern soll. Ziel ist eine vollautomatische Produktion, die nicht nur fehlerhafte Werkstücke erkennt, sondern auch die Ursache dafür – und ohne Eingriff eines Menschen unverzüglich gegensteuert.
Das Forschungsprojekt DigiBattPro4.0 startet bei Varta in der Standardzellenproduktion und soll dann auf Batterien für Elektroautos übertragen werden. (Bild: Varta Microbattery GmbH)
Die Umsetzung dieser Idee ist nur möglich, wenn die gesamte Prozesskette digitalisiert ist und Sensoren zahllose Daten sammeln. In der Zukunftsfabrik wird alles erfasst: von den Einstellungen der Maschinen über die Dicke der aufgetragenen Beschichtung bis zu Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. Um im Datendschungel sinnvolle Zusammenhänge zu finden, braucht es zudem künstliche Intelligenz. Sie ermittelt, bei welchen Einstellungen und Parametern mit welchem Ergebnis zu rechnen ist.
Digitalisierungskonzepte für die Batterieproduktion
DigiBattPro4.0 steht für Digitalisierte Batteriezellenproduktion mit Industrie-4.0-Technologien. Das Ziel des Projekts lässt sich allerdings nicht im Labor erreichen. Für belastbare Ergebnisse braucht es eine reale Fertigung mit hohen Stückzahlen. Das will der Batteriehersteller Varta ermöglichen, der täglich zehntausende Batterien produziert. Hier wollen die Fraunhofer-Mitarbeiter zunächst alle Maschinen vernetzen und ein Computermodell erstellen. Der gesamte Produktionsprozess läuft dann nicht nur real ab, sondern auch virtuell. Das Modell soll zeigen, wie die Prozessgrößen die Produkteigenschaften beeinflussen, wo sich also Verbesserungen erreichen lassen – die Vorstufe zur selbstregelnden Fabrikation.
Fertigungsprozess passt sich an
Was in der Bestandsproduktionslinie gelingt, soll im nächsten Schritt auf Lithium-Ionen-Batterien übertragen werden, wie sie etwa in Elektroautos stecken. Die Standardzellen sind zylinderförmig und messen 70mm in der Höhe und 21mm im Durchmesser. Experten sprechen vom 21700-Format. Das Projekt soll am Ende seiner Laufzeit die Voraussetzungen schaffen, um solche Zellen vollautomatisch mit Hilfe selbstregelnder störungsfreier Prozesse zu fertigen und damit Durchlaufzeiten zu verkürzen und Ausschuss zu reduzieren. Die Zellen sollen zudem durch neue Materialien leistungsfähiger und der Herstellungsprozess umweltschonender werden. Das Projekt ist im März angelaufen und soll vier Jahre laufen. „Langfristig werden die entwickelten Digitalisierungslösungen die Wirtschaftlichkeit der Batteriezellenproduktion fördern und den Produktionsstandort Deutschland sichern“, ist IPA-Institutsleiter Prof. Alexander Sauer überzeugt.
