Die Entwicklung und Industrialisierung einer neuartigen Produktionsanlage zur Herstellung von Batterie-Zellstapeln ist das Ziel des Verbundprojekts EXINOS2. Das Anlagenkonzept, das auf den Ergebnissen vorheriger Forschungsprojekte aufbaut, verspricht durch den Einsatz innovativer Technologien eine signifikant verbesserte Effizienz und Flexibilität der Batteriezellfertigung. Im Verbundprojekt arbeiten Forschende des wbk Instituts für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB sowie den Industriepartnern acp systems AG, BST GmbH, J. Schmalz GmbH und der Siemens AG an der Weiterentwicklung des prototypischen Anlagenkonzepts. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit 3,64 Millionen Euro.
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.
Schnellere Prozessführung
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.
Serientauglichkeit nach industriellen Standards
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.
