InZePro: Forschungsfortschritt auf dem Weg zur smarten Zellproduktion

Die Forscher des deutschen Kompetenzclusters zur Intelligenten Batteriezellproduktion (InZePro) melden erste Ergebnisse. Die gemeinsame Forschungsinitiative zielt bekanntlich auf eine höhere Flexibilisierung der Zellproduktion – und zwar unter Einsatz von Industrie 4.0-Lösungen und datengetriebenen Ansätzen.

InZePro bringt alles in allem etwa 200 Wissenschaftler aus 28 deutschen Forschungseinrichtungen zusammen. Beteiligt sind vier Institute des KIT, vier Institute der TU Braunschweig, drei Institute der RWTH Aachen, zwei Institute der TU München, die Universität Bayreuth, die Hochschule Landshut, die TH Aschaffenburg, das Helmholtz-Institut Ulm, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg und zehn Institute der Fraunhofer Gesellschaft. Das Cluster wird noch bis 2023 vom Bundesforschungsministerium gefördert – und zwar mit insgesamt 44 Millionen Euro.

So viel zur Vorrede. Das Hauptaugenmerk der Cluster-Teilnehmer liegt darauf, die Produktionssysteme für Batteriezellen zu optimieren und sie flexibler hinsichtlich Menge, Format, Material und eingesetzter Technologie zu machen. Denn: „Batteriezellen müssen am Standort Deutschland künftig in Klein-, Mittel- und Großserie für verschiedenste Anwendungen und Märkte wirtschaftlich herstellbar sein, um den aktuellen Anforderungen gerecht zu werden. Zudem gilt es, innovative Ansätze zu entwickeln, um die Produktivität zu steigern und zugleich die Produktionskosten zu senken“, fasst das Karlsruher Institut für Technologie, kurz KIT, zusammen.

Erste Fortschritte melden die Forscher nun in den Bereichen flexible Anlagentechnik, Produktions-Digitalisierung sowie bei der Anwendung von virtuellen Produktionssystemen und KI in der Produktion. Konkret wurden im Zuge des Clusters bisher „Werkzeugkästen zu den Themengebieten Maschinen- und Anlagentechnik, Prozesstechnik, Planung, Steuerung und Logistik sowie Qualitätsmanagement“ erstellt. Diese sollen einer begleitenden Mitteilung zufolge die bereits vorhandenen technischen und organisatorischen Ansätze von Industrie 4.0 in der Batteriezellfertigung bewerten und weiterentwickeln. „Unternehmen sollen damit künftig die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Batteriezellproduktion schnell und effizient steigern“, so die Initiatoren. Zum Abschluss des Projekts sollen die Ergebnisse in einem Leitfaden zusammengefasst und veröffentlicht werden.

Ein weiterer InZePro-Eckpfeiler ist die Arbeit mit einem digitalen Zwilling, um verschiedene Zukunftsszenarien und deren Auswirkungen auf ein flexibles Batterieproduktionssystem untersuchen und bewerten zu können. Der digitale Zwilling sei hierbei eine Art betriebsbegleitende Simulation zur Planung und Steuerung, heißt es.

Weiter melden die Forscher, ein Tracking- und Tracing-Konzept mit verschiedenen Markierungstechnologien für Elektroden erarbeitet zu haben. Es trägt laut der Mitteilung dazu bei, dass die Batteriebestandteile über die ganze Prozesskette hinweg zurückverfolgt werden können. Flankiert wird dieses Konzept von „Ansätze zur Datenstrukturierung und zum Maschinellen Lernen“ – beispielsweise sollen Anlagen so ausgestattet werden, dass sie Abläufe und Muster im Produktionsprozess erkennen und auf Fehler eigenständig reagieren können.

Sämtliche Forschungsergebnisse werden von einem Managementkreis begutachtet, der die Projekte begleitet und die enge Zusammenarbeit von Forschung und Industrie gewährleistet. „Durch die aktive Zusammenarbeit in den Projekten decken wir sämtliche Prozessschritte der Lithium-Ionen-Batteriezellproduktion ab. So wollen wir dafür sorgen, dass produzierende Unternehmen, etwa in der Automobilindustrie, ihre Produktivität auch bei schwankender Auftragslage und hoher Produktvarianz steigern, zugleich die Kosten reduzieren und die Produktqualität erhöhen können“, betont Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT und Vorsitzender des Clusters InZePro.
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