Eine gemeinsame Studie von Fraunhofer FFB, Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen, PEM Motion und Capgemini zeigt, warum Prozesssimulation ein strategisches Werkzeug zur Optimierung der Batteriezellproduktion ist. Hintergrund sind die hohen Ausschussraten und Qualitätsschwankungen während des Hochlaufs der Batterie-Industrie. Einer globalen Capgemini-Untersuchung zufolge melden rund 68 Prozent der Unternehmen aus dem Automobilsektor entsprechende Schwierigkeiten bei der Einhaltung von Standards im großen Maßstab.
„Europas Batterie-Industrie steht vor dem Übergang von der Hochlauf-Phase zur Massenproduktion“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker: „Dabei stehen die Hersteller insbesondere vor der Herausforderung, die Produktqualität zu gewährleisten und Ausschussraten zu reduzieren.“ Vor allem die frühen Produktionsschritte – etwa Mischen, Beschichten, Trocknen und Kalandrieren – seien anfällig für Qualitätsabweichungen. Um diese in den Griff zu bekommen, sei ein tiefgehendes Verständnis der Prozessdynamik und des Einflusses bestimmter Maschinen auf die Qualität der produzierten Elektroden notwendig. Wie das gelingen kann, zeigt ein vom RWTH-Lehrstuhl gemeinsam mit dem Spin-off „PEM Motion“, mit der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB und mit der Technologieberatung „Capgemini“ erstelltes Whitepaper.
Verständnis der eigenen Produktionsprozesse
Die englischsprachige Studie präsentiert auf rund 30 Seiten die Anwendung von Prozesssimulationen als innovativen Ansatz zur Unterstützung von Zellherstellern. „Die Rentabilität der Batteriezellen-Produktion steigt im selben Maße an wie das Verständnis der eigenen Produktionsprozesse“, betont PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes: „Wer die präzisesten Simulationsmodelle besitzt, dürfte auch den Markt anführen.“ Der gezielte Einsatz dieser digitalen Hilfestellung führe zu einer verbesserten Qualitätskontrolle, zu einer um bis zu 50 Prozent verkürzten Entwicklungszeit, zu einer um rund drei Prozent reduzierten Menge von Produktionsabfällen und somit zu einer deutlichen Steigerung der Gesamtleistung. Der Studie zufolge können Zellhersteller mit einem jährlichen Produktionsvolumen von 50 Gigawattstunden auf diese Weise eine Einsparung von bis zu 138 Millionen Euro erzielen.
Das Whitepaper „Quality Excellence in Battery Cell Production: The Power of Process Simulation“ ist als kostenfreier Download erhältlich.
