Agile Produktion Batteriezellfertigung: Flexible und ressourceneffiziente Roboter-Automatisierung

Forscher des KIT bauten eine Batteriezellfertigung auf, deren roboterbasierte Automatisierung einen Flexibilitätsgrad erreicht, der bisher nur in der manuellen Zellfertigung realisierbar war.

Batteriezellen gewinnen laut Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz als vielseitige und effiziente Energiespeicher zunehmend an Bedeutung. Derzeit wird die Nachfrage vor allem durch kostengetriebene Massenproduktion in Asien und Nordamerika gedeckt, was auch Auswirkungen auf den Maschinen- und Anlagenbau hat. In Deutschland habe man nicht die Voraussetzungen, um in der rein kostengetriebenen Massenfertigung von Zellen und dem dazugehörigen Maschinenbau wettbewerbsfähig zu sein, so Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Doch die Eröffnung der weltweit ersten agilen Batteriezellfertigung in der Karlsruher Forschungsfabrik zeigt, wie Deutschland sich mit einer hochflexiblen und ressourceneffizienten Produktion vom Weltmarkt differenzieren und gezielt das margenstarke Premiumsegment und Nischenmärkte adressieren kann.

Batteriezellfertigung: Spezielle Roboterzellen

Für die Batteriezellfertigung entwickelten die Forscher des KIT gemeinsam mit der Firma Exyte spezielle Roboterzellen. „Diese stellen eine Weltneuheit auf dem Gebiet dar. Sie dienen als lokale Trockenräume, auch Microenvironments genannt, zum Schutz der feuchtigkeitsempfindlichen Batteriematerialien“, erklärt Fleischer. Im Vergleich zu konventionellen Trockenräumen sei das zu entfeuchtende Raumvolumen deutlich kleiner. Daher biete diese Technologie ein besonders hohes Energieeinsparpotenzial. Vier solcher Microenvironments stellen mit ihren zugehörigen Prozessmodulen den physischen Aufbau der agilen Batteriezellfertigung in der Karlsruher Forschungsfabrik des wbk dar.

Darüber hinaus bauten die Projektbeteiligten einen sogenannten digitalen Zwilling auf – also ein virtuelles Abbild des Produktionssystems. So können die Wissenschaftler softwarebasiert Skaleneffekte durch die Vervielfachung einzelner Microenvironments untersuchen und produktionstechnische Größen wie etwa die optimale Losgröße ermitteln. Diese Simulation lässt sich auch für die Produktionsplanung der agilen Batteriezellfertigung nutzen. Die reale Anlage ist an eine Datenbank angebunden, um zukünftig alle Prozesse KI-basiert anpassen und verbessern zu können.

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Forschungsprojekt AgiloBat

Die Batteriezellfertigung haben die Wissenschaftler im Forschungsprojekt AgiloBat zusammen mit mittelständisch geprägten Maschinen- und Anlagenbauern entwickelt. Diese sollen so in die Lage versetzt werden, gemeinsam eine wettbewerbsfähige Anlagentechnik entlang der gesamten Prozesskette anbieten zu können.

Im Forschungsprojekt AgiloBat arbeiten Forscher aus sieben Instituten des KIT mit Partnern am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg und dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie zusammen. Aus dem Maschinen- und Anlagenbau sind außerdem die Coperion GmbH, SAUERESSIG Group, Schunk Group, Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, Siemens AG, DEHOF ingenieur+technik und die Exyte Technology GmbH beteiligt.