Für die Herstellung von Batterie-Zellstapeln müssen die einzelnen Elektrodenblätter, jeweils getrennt durch einen Separator, präzise übereinandergestapelt werden. In bisherigen Anlagenkonzepten wird dies durch zumeist mehrere automatisierte Greifvorgänge und starre Werkzeuge umgesetzt. Zwischen den Greifvorgängen entstehen zwangsläufig Pausen, die zu einem diskontinuierlichen Prozess führen. Gleichzeitig erschweren die formatgebundenen Werkzeuge den Wechsel auf andere Batteriezellformate. Soll ein neues Batterieformat produziert werden, sind kostenintensive neue Werkzeuge und zeitaufwändige Umrüstarbeiten notwendig.
Das bereits prototypisch aufgebaute Anlagenkonzept bietet Optimierungspotenziale hinsichtlich beider dieser Herausforderungen. Durch das Herstellen eines Verbundes aus dem Separator und den Elektrodenblättern vor dem eigentlichen Stapelvorgang kann eine kontinuierliche und damit insgesamt schnellere Prozessführung erreicht werden. Die Anlagentechnik selbst ist formatflexibel gestaltet, sodass innerhalb kurzer Zeit softwarebasiert auf neue Zellformate umgestellt werden kann. Dies wird vor allem durch die flexibel verstellbaren Handhabungssysteme erreicht, durch die auch das Zuschneiden der einzelnen Elektrodenblättern erfolgt.
Die Effizienz und Flexibilität der Batteriefertigung in Deutschland, die zukünftig entscheidend zur Energiewende beitragen soll, kann dadurch deutlich verbessert werden. Dies wiederum eröffnet große Chancen, die wirtschaftliche Kraft und technologische Innovation zu stärken sowie den Ausbau der Elektromobilität zu fördern.
Innerhalb des auf drei Jahre ausgelegten Projektes sollen dafür alle Teilprozesse des prototypischen Anlagenkonzepts hin zu einer Serientauglichkeit nach industriellen Standards weiterentwickelt und erprobt werden. Darüber hinaus werden alternative Technologien innerhalb der Anlage integriert und getestet. Eine wichtige Rolle spielen dabei digitale Methoden. So kann beispielsweise eine multiphysikalische Anlagensimulation dabei helfen, die Position einzelner Komponenten innerhalb der Maschine zu optimieren. Außerdem kann der entwickelte „digitale Zwilling“ die Inbetriebnahme der Anlage beschleunigen und auch innerhalb des Produktionsprozesses wertvolle Informationen für den Maschinenbediener liefern. Dabei kann auch auf vorherige Forschungsergebnisse aus den ebenfalls durch das BMBF geförderten Batteriekompetenzclustern ProZell und InZePro aufgebaut werden.
Projektpartner und Funktion im Projekt:
acp systems AG (Projektkoordinator)
Dr. Frank Stubhan
Albring 18, 78658 Zimmern ob Rottweil
+49 741 175299 30
Die acp systems AG fungiert im Projekt als Hersteller der fokussierten Zielanlage.
BST GmbH
Klaus Hamacher
Remusweg 1, 33729 Bielefeld
+49 521 400 70 691
Die BST GmbH liefert im Projekt eine hochpräzise Systemlösung zur Bahnlaufregelung und optischen Elektrodeninspektion für eine optimale Stapelgenauigkeit der Elektrodenblätter.
- Schmalz GmbH
Dr. Harald Kuolt
Johannes-Schmalz-Straße 1, 72293 Glatten
+49 7443 2403 462
Die J. Schmalz GmbH beschäftigt sich innerhalb des Projekts mit der Entwicklung passender Vakuum-Greifsysteme.
Siemens AG
Daniel Leinmüller
Otto-Hahn-Ring 6, 81739 München
+49 1744929552
daniel.leinmueller@siemens.com
Die Siemens AG unterstützt das Projekt hardwareseitig in Bezug auf Steuerungs- und Antriebskomponenten und softwareseitig bei der Digitalisierung der Zielanlage.
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
wbk Institut für Produktionstechnik
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
Institutsleiter wbk Institut für Produktionstechnik
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
+49 721 608 44009
Das wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie widmet sich im Projekt der Befähigung unreifer Teilprozesse sowie der Entwicklung des digitalen Zwillings.
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Dr.-Ing. Jonathan Krauß
Bergiusstraße 8, 48165 Münster
+49 2418904 475
Im Projekt EXINOS2 stellt die FFB im Kontext der Innovationmodule die entsprechenden Rahmenbedingungen für den Anlagenaufbau und die Integration in eine industrielle, physische und digitale Infrastruktur.
Projektförderung
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Laufzeit: 1.2025-12.2027
Projektträger: Forschungszentrum Jülich GmbH (PTJ)
Förderkennzeichen: 03XP0645A-F
Fördersumme: 3,64 Mio. Euro
Die acp systems AG ist ein globaler Technologieführer im Bereich advanced clean production, der dazugehörigen Prozessautomatisierung und Systemintegration mit Hauptsitz in Deutschland. Die Kerntechnologien sind die quattroClean-Schneestrahlreinigung, die Mikrodosierung sowie intelligente Handhabungslösungen für flexible Materialien und Folien. Die patentierte quattroClean-Technologie des Unternehmens ermöglicht die trockene, material- und ressourcenschonende Entfernung partikulärer und filmischer Verunreinigungen von nahezu allen technischen Werkstoffen. Das trockene Verfahren ist darüber hinaus für die Behandlung elektronischer und elektromechanischer Komponenten mit reproduzierbarem Ergebnis einsetzbar. Die Reinigung mit dem skalierbaren quattroClean-System kann ganzflächig oder partiell, beispielsweise an Schweiß-, Klebe-, Dicht- und Bondflächen, erfolgen. Seit 1997 unterstützt die acp systems AG ihre Kunden bei der Entwicklung, Planung und Integration hochautomatisierter Produktionsprozesse, insbesondere in der Elektronik-, Medizin- und Automobilindustrie. (www.acp-systems.com).
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