Schnell und kostengünstig, zugleich aber wandlungsfähig und mit hoher Produktqualität: Das sind die Anforderungen an die künftige Produktion von Batteriezellen. Das Batterie-Kompetenzcluster Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro) wird vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert. Es zielt darauf ab, Produktionssysteme ganzheitlich zu optimieren und sie flexibler hinsichtlich Menge, Format, Material und eingesetzter Technologie zu machen. Gelingen kann dies etwa durch prozessübergreifende, datengetriebene Optimierungsansätze sowie Industrie 4.0-Lösungen.
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. Hier setzt das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt rund 44 Millionen Euro geförderte Kompetenzcluster zur Intelligenten Batteriezellproduktion (InZePro) an.
Die an InZePro beteiligten Forschungsprojekte haben erste Ergebnisse erarbeitet. Die Schwerpunkte lagen dabei auf agiler Anlagentechnik, auf der Digitalisierung einzelner Produktionsschritte und des gesamten Produktionssystems sowie auf virtuellen Produktionssystemen und KI in der Produktion, so das KIT in einer Pressemeldung.
Leitfaden für Digitalisierung und Industrie 4.0
Als Handreichung zur Digitalisierung in der Batteriezellfertigung wurden Werkzeugkästen zu den Themengebieten Maschinen- und Anlagentechnik, Prozesstechnik, Planung, Steuerung und Logistik sowie Qualitätsmanagement erstellt. Diese sollen die bereits vorhandenen technischen und organisatorischen Ansätze von Industrie 4.0 in der Batteriezellfertigung bewerten und weiterentwickeln. Ziel ist es, die systematische Umsetzung von Digitalisierung und Industrie 4.0 in der Batteriezellfertigung zu beschleunigen: Unternehmen sollen damit künftig die Wettbewerbsfähigkeit ihrer Batteriezellproduktion schnell und effizient steigern. Zum Abschluss des Projekts sollen die Ergebnisse in einem Leitfaden zusammengefasst und veröffentlicht werden.
Digitaler Zwilling und Maschinelles Lernen
Zudem wurde beispielsweise gezeigt, dass sich mit einem digitalen Zwilling verschiedene Zukunftsszenarien und deren Auswirkungen auf ein flexibles Batterieproduktionssystem untersuchen und bewerten lassen. Der digitale Zwilling kann hierbei als eine Art betriebsbegleitende Simulation zur Planung und Steuerung verstanden werden.
Auch ein Tracking- und Tracing-Konzept mit verschiedenen Markierungstechnologien von Elektroden wurde erarbeitet. Es trägt dazu bei, dass die Batteriebestandteile über die ganze Prozesskette hinweg zurückverfolgt werden können. Darüber hinaus wurden Ansätze zur Datenstrukturierung und zum Maschinellen Lernen in verschiedenen Projekten entwickelt. Beispielsweise werden Anlagen so ausgestattet, dass sie Abläufe und Muster im Produktionsprozess erkennen und auf Fehler eigenständig reagieren können.
Qualitätssicherung
Die Ergebnisse 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“, sagt Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik am KIT und Vorsitzender des Clusters InZePro.
Im Kompetenzcluster InZePro arbeiten etwa 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 28 deutschen Forschungseinrichtungen. 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 geförd.
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