Diese – im Hinblick auf Format, Material und Stückzahlen – zu flexibilisieren, ist Ziel des Forschungsprojekts AgiloBat. Darin entwickeln Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern ein entsprechend agiles Produktionssystem. Das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) fördert das Projekt mit bis zu 4,5 Mio. €. Für die nächste Stufe des Projektes ist eine Finanzierung mit bis zu 14 Mio. € durch das Bundesforschungsministerium (BMBF) avisiert, heißt es beim KIT.
Im Forschungsprojekt AgiloBat arbeite man an einer „starken Antwort“ auf die internationale Konkurrenz bei der Batteriezellfertigung. „Einen technologischen Vorsprung erreichen wir mit innovativen Produktionssystemen, die aufgrund ihrer Flexibilität und Technologieoffenheit sowohl auf die Anforderungen der Industrie, als auch auf neue Erkenntnisse der Grundlagenforschung schnell reagieren können“, sagt KIT-Präsident Prof. Holger Hanselka. „Damit stellen wir die Weichen für eine größere Wertschöpfung in Deutschland und speziell in Baden-Württemberg.“
„Wir wollen weg von der starren Transferstraße hin zu agilen und flexiblen Produktionssystemen“
Aktuelle Produktionssysteme für Batteriezellen seien nicht in der Lage, verschiedene Formate, unterschiedliche Materialien oder gar in variablen Stückzahlen zu fertigen. Sie produzierten standardisierte Zellen, die zwar eine hohe Qualität aufwiesen, aber nicht spezifisch auf Kundenwünsche angepasst seien. „Wir wollen weg von der starren Transferstraße hin zu agilen und flexiblen Produktionssystemen“, sagt Prof. Jürgen Fleischer, Projektleiter und Leiter des Instituts für Produktionstechnik (wbk) am KIT. Da der Produktlebenszyklus für einzelne Produkte heute immer kürzer und die Anforderungen immer vielfältiger werden, müssten die Produktionssysteme für Batterien an diese neuen Bedingungen angepasst werden. Im Forschungsprojekt AgiloBat sollen agile und modulare Systeme unter dem Aspekt der integrierten Produktentstehung durch eine parallele Produkt- und Produktionsanlagenentwicklung erforscht und entwickelt werden.
Die Vorgehensweise in diesem Projekt unterscheide sich damit „grundlegend“ von der etablierten Batteriefertigung und -auslegung. Der Fokus liegt auf einer gesamtheitlich optimierten Zelle – hinsichtlich Ressourcen, Kosten und Leistung. „Die Grundidee ist, ein Batteriesystem immer optimal auf die jeweilige Anwendung und den verfügbaren Platz anzupassen“, heißt es beim KIT. So gebe es beispielsweise völlig andere Anforderungen an eine Batterie für ein E-Fahrzeug als an eine Batterie in einem Power-Tool.
Bei dem zukünftigen Produktionsprozess sollen die Bedarfe in Parameter für Batteriezellen übersetzt und ein passendes Batteriesystem aus formflexiblen und für unterschiedliche Anforderungen optimierten Zellen kombiniert werden. Auch Energiedichte oder Schnellladefähigkeit sollen so variabel anpassbar werden. Eine intelligente Vernetzung und ein modularer Aufbau der Produktion machten kleinere Stückzahlen mit maßgefertigten Zellen für mittelständische Betriebe genauso möglich, wie eine wirtschaftliche Fertigung in Großserien.
Pilotanlage für Lithium-Ionen-Technologie – andere Materialkonzepte können folgen
Konzipiert wird eine Pilotanlage für die etablierte Lithium-Ionen-Technologie, neue Materialkonzepte könnten aber schnell in das adaptive Produktionssystem integriert werden, heißt es. Diese unterschiedlichsten Anforderungen wirken sich maßgeblich auf die gesamte Produktionskette und die einzelnen Produktionsschritte aus. „Das vorhandene Prozessverständnis der einzelnen Teilschritte muss dahingehend erweitert werden, dass verschiedene Zelldesigns möglich und die einzelnen Bearbeitungsschritte flexibel sind“, betont Fleischer. „Zudem gilt es, die einzelnen Prozessschritte zu einem Gesamtprozess zu verketten, um schlussendlich eine prototypische Fertigung in einer Pilotanlage erfolgreich umzusetzen.“
Um der komplexen Aufgabe gerecht zu werden, nutzen die Forscher modulare Roboterzellen mit universell einsetzbaren Prozessmodulen, einheitlichen Schnittstellen und einem vorgeplanten Skalierungskonzept. Durch das modular erweiterbare Produktionssystem senken sie zudem das Investitionsrisiko, da im Bedarfsfall weitere Produktionsmodule stufenweise installiert werden können. Auf diese Weise lege AgiloBat die Basis für Unternehmen, die künftig Batteriezellen zu konkurrenzfähigen Kosten in Baden-Württemberg produzieren wollen.
