Fraunhofer forciert Forschung zu digitalisierter Zellenproduktion

Am Fraunhofer IPA in Stuttgart nimmt eine neue Einrichtung ihre Arbeit auf: Das Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) soll künftig mithilfe digitaler Technologien die industrielle Produktion von Batteriezellen befördern. Hauptpartner aus der Industrie ist die Varta AG.

Innerhalb von drei Jahren haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) auf die Eröffnung des neuen Zentrums hingearbeitet. In enger Zusammenarbeit mit Batteriehersteller Varta bauten sie in dieser Zeit „wesentliche Teile der Prozesskette der Batteriezellenproduktion im Labormaßstab nach und vernetzten die einzelnen Stationen digital miteinander“, wie das Institut mitteilt.

Die Vernetzung über die gesamte Prozesskette hinweg generiert den Initiatoren des Projekts zufolge riesige Mengen an Daten, die gesammelt, zusammengeführt und auswertet werden. Die lückenlose Nachverfolgbarkeit der Produktion soll künftig in Echtzeit geschehen – und zwar mit einem sogenannten Digitalen Zwilling, einem virtuellen Abbild der Produktion. „Auf diese Weise kommen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ineffizienten Prozessen auf die Spur und können sie optimieren und automatisieren“, führt Fraunhofer aus. So werde zum Beispiel die Elektrolytbefüllung, einer der wichtigsten Arbeitsschritte während der Montage, immer präziser ausgeführt, was sich positiv auf die Performance der fertigen Batteriezelle auswirke.

Ein weiterer Schlüssel zur Technologieführerschaft liegt nach Meinung des Forschungsteams in der Planung von wandlungsfähigen Fabriken für die Batteriezellenproduktion. „Denn es ist sehr wahrscheinlich, dass Batteriezellen schon in wenigen Jahren anders gefertigt werden als heute. Wer diese potenziellen Veränderungen schon bei der Planung einer Batteriezellenfabrik mitberücksichtigt, erspart sich in der Zukunft kostspielige und zeitraubende Um- oder Neubauten“, erläutert das Projektteam. Das Fraunhofer IPA berücksichtige deshalb neben den Material- und Energie- auch die Informationsflüsse in der Batteriezellenproduktion und setzen sie zueinander in Beziehung. Dazu entwickele man dann ein ideales und ein reales Fabriklayout.

„Industrie und Forschung gehen im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion eine Symbiose ein, die beide Seiten weiterbringt“, sagt Joachim Montnacher, der am Fraunhofer IPA das Geschäftsfeld Energie leitet. So habe Varta seit Beginn der Zusammenarbeit seine Technologieführerschaft bei Lithium-Ionen-Batterien weiter ausgebaut und das Fraunhofer IPA habe sich zu einer der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der digitalisierten Batteriezellenproduktion entwickelt.

Eines der nächsten gemeinsamen Ziele ist den Partnern zufolge, einsatzfähige Festkörperbatterien zu produzieren. Sie sollen eine wesentlich höhere Energiedichte aufweisen als bisherige Batteriezellen.

„Der Aussage, der Zug für Batteriezellfertigung sei abgefahren, kann man keinesfalls zustimmen“, kommentiert Professor Kai Peter Birke, der das neue ZDB leitet und die Professur für Elektrische Energiespeichersysteme an der Universität Stuttgart innehat. “Im Gegenteil: Gerade weil zukünftig viele Gigawattstunden an Batteriekapazität benötigt werden, ist Spielraum für neue Akteure und verbesserte Ansätze vorhanden.“

Das Wirtschaftsministerium Baden-Württembergs hat den Aufbau des ZDB im Rahmen des Strategiedialogs Automobilwirtschaft BW mit Mitteln der Landesdigitalisierungsinitiative »digital@bw« mit knapp fünf Millionen Euro gefördert.
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