Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) haben einen Leitfaden zu den Prozessen in der Produktion von Batteriemodulen und Batteriepacks herausgegeben. Das in deutscher und englischer Sprache erhältliche Dokument betrachtet auf jeweils 28 Seiten die Entwicklungen und Möglichkeiten in der industriellen Batterieherstellung sowie Trends auf der Systemebene und wird zum kostenfreien Download angeboten.
„Die klassischen ‚Cell-to-Module-to-Pack‘-Architekturen haben großes Verbesserungspotenzial bei Energiedichte, Sicherheit, Langlebigkeit und Produktionskosten“, sagt Professor Heiner Heimes, Batterieexperte und Mitglied der Institutsleitung am Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen. „Künftige Designs setzen als ‚Cell-to-Pack‘- oder als ‚Cell-to-Chassis‘-Ansatz darauf, Zellen entweder direkt in das Batteriepack oder direkt in das Fahrgestell zu integrieren, um Komponenten zu reduzieren und die Energiedichte zu erhöhen.“ Dem Leitfaden zufolge werden Batteriehersteller außerdem in naher Zukunft sämtliche Komponenten deutlich häufiger selbst fertigen, statt sie wie bisher hinzuzukaufen. Aktuelle Prognosen sagen für die Batteriezelle einen Anstieg der Eigenproduktion von neun auf 60 Prozent zwischen 2020 und der Zeit nach 2024 voraus. Im selben Zeitraum soll die interne Fertigung von Batteriemodulen und -packs von 43 beziehungsweise 68 Prozent auf jeweils 80 Prozent wachsen.
Investitionen für alle wesentlichen Produktionsprozesse erläutert
Der neue Leitfaden erläutert die Modulproduktion aus Pouch- sowie zylindrischen und prismatischen Zellen von der „Begin-of-Line“-Prüfung und dem Stapeln und Stecken der Zellen über die Montage des Batteriemanagementsystems und Tab-Kontaktierung mit Hilfe unterschiedlicher Schweißverfahren bis hin zur Endmontage. Dabei werden für alle wesentlichen Produktionsprozesse auch die notwendigen Investitionen für Maschinen und Anlagen beziffert. Mit Blick auf die Packproduktion geht das Autoren-Team unter anderem auf verschiedene Kühlsysteme, das Verschließen samt Dichtheitsprüfung und das Laden sowie die „End-of-Line“-Prüfung ein.
„Produktionslinienkonzepte werden in Zukunft hochgradig automatisiert und dennoch sehr flexibel sein“, sagt Heimes: „Dabei sollen integrierte Puffer- und Nacharbeitsstationen einen potenziellen Stillstand vermeiden und den zeitintensiven, komplexen Montageprozess entkoppeln.“ Zum Abschluss gewährt der Leitfaden einen Überblick potenzieller Gefahren und entsprechender Sicherheitsmaßnahmen.
