Serientaugliche Produktionstechnik für Batteriesysteme existierte bisher primär im Consumer-Bereich (z.B. für Laptop- und Handyakkus). Lithium-Ionen-Batterien (im Folgenden kurz Li-Ionen-Batterien genannt) für automobile Anwendungen müssen strengen und umfangreichen Anforderungen besonders hinsichtlich Lebensdauer, Sicherheit, Zuverlässigkeit, Zyklenzahl, Leistungs- und Energiedichte genügen und erfordern daher auch ein weitestgehend anderes Produktionssystem. Die Erfüllung der Sicherheitsanforderungen im späteren Betrieb des Automobils verlangt strengste Tests und Schutzmassnahmen, die in anderen Bereichen aufgrund der geringeren Spannungen nicht relevant sind.
Neues Software-Werkzeug
Aufgrund der bisher sehr niedrigen Stückzahlen von automobilen Batterien fehlte es an ausgereifter Produktionstechnik. „Die Optimierung der Produktionstechnologie für die Grossserien-Batterieproduktion wird bei einem Anteil der Fertigungskosten von ca. 50% an den Herstellkosten der Batterie massgeblich zum Erfolg der Elektromobilität beitragen“. Bisherige Anlagen hatten häufig prototypischen Charakter und sind bzgl. Flexibilität, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit noch nicht ausreichend. Im Projekt „Projektierung qualitätsorientierter, serienflexibler Batterieproduktionssysteme (ProBat)“ entwickelten nun das KIT und Industriepartner ein Software-Werkzeug, um abzuschätzen, wie sich Planungsentscheidungen in Sachen Produktdefinition und Anlagenauswahl auf die Zielgrössen wie Qualität und Kosten vor dem Hintergrund unbekannter, aber sich ständig ändernder Stückzahlen auswirkt.
Bewertungsmodelle für alternative Produktionslayouts
Die Planungsinstrumente werden Anlagenbauer und Batteriehersteller beim Bau effizienter, skalierbarer Batterieproduktionssysteme unterstützen, um eine wirtschaftliche Batterieproduktion zu ermöglichen. Als wissenschaftlicher Partner hat das KIT die Bewertungsmodelle für alternative Produktionslayouts erstellt. Zusätzlich wurden im Rahmen des Projekts neue Messtechnik-Konzepte zum Einsatz als Qualitätssicherungs-assnahme in der Batteriemontage untersucht und in das Planungswerkzeug integriert. Projektpartner waren neben dem KIT die Dürr Systems GmbH, die Daimler AG und die Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH. Das BMBF förderte das Projekt im Rahmen des Spitzenclusters „Elektromobilität Süd-West“ mit 1.7 Millionen Euro.
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Text: Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
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