Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
FELKON
Forschungsprojekt, »HFELKON - Fehler Entwicklung, maschinelles Lernen und Korrelation für Nachhaltigkeit«
Die Entwicklung innovativer digitaler und bildgebender Technologien im Bereich der Defektkontrolle von Batteriezellen durch Unternehmen in Nordrhein-Westfalen leistet einen nachhaltigen Beitrag zur Stärkung der Standorte Deutschland und Europa. Die vom Konsortium angestrebten Technologien bergen das Potenzial, durch Vermeidung von Ausschuss die Batteriezellfertigung auch in Hochlohnländern wie Deutschland wettbewerbsfähiger und nachhaltiger zu gestalten. Die Beteiligung der Fraunhofer-Einrichtung »Forschungsfertigung Batteriezelle« (FFB) in Münster zur gezielten Fehlereinbringung fördert sowohl den Ausbau der heimischen Batteriezellfertigung als auch eine Reduktion des Materialverbrauchs durch geringeren Produktionsausschuss. Durch die Langzeitzyklisierung von Batteriezellen wird zudem untersucht, welche Defekte im Lebenszyklus überproportional stark die Leistungsfähigkeit beeinflussen und wie diese frühzeitig erkannt werden können. Dadurch wird die Abhängigkeit von Drittstaaten, die derzeit eine marktbeherrschende Rolle in der Batterietechnik aufweisen, verringert.
Arbeitsplan
Das Vorhaben ist in sechs aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert:
AP1 umfasst Projektmanagement und Wissenstransfer und stellt die Koordination des Konsortiums, die Fortschrittsüberwachung, die Berichterstattung sowie die Verwertung und Dissemination der Ergebnisse sicher.
AP2 dient der Vorbereitung und beinhaltet die Erweiterung des Fehlerkatalogs, die Weiterentwicklung des Grading-Systems sowie die Definition und Erfassung relevanter Prozessparameter.
In AP3 werden die technischen Grundlagen für die Fehleraufzeichnung und Programmentwicklung geschaffen, einschließlich der Bestätigung der Prozessdatenerfassung, der Entwicklung der ML-/KI-Programme sowie erster Produktionsläufe zur Validierung von Datenerfassung und Modellen.
AP4 fokussiert die Fehlerverfolgung und -analyse entlang des Produktionsprozesses, um die Entstehung, Veränderung und Verstärkung von Defekten systematisch zu verstehen.
AP5 verknüpft die erfassten Prozess- und Bilddaten mit der abgestuften Batteriequalität, bewertet deren Einfluss auf die elektrochemische Leistung und validiert Optimierungsmaßnahmen durch gezielte Produktionsläufe.
AP6 ergänzt das Projekt um eine Lebensdaueranalyse durch standardisierte Batteriezellzyklisierung, um den Einfluss spezifischer Defekte auf Alterung und Langzeitleistung zu bewerten.
Ergebnisverwertung
Das Projekt FELKON wird wesentliche Erkenntnisse darüber liefern, welche Defekte in der Elektrodenfertigung entstehen, wie sie sich über die Prozessschritte hinweg verändern und welche Defekte die elektrochemische Leistung sowie die Lebensdauer von Batteriezellen besonders stark beeinflussen. Zu den zentralen Ergebnissen zählen ein erweiterter und standardisierter Fehlerkatalog, ein verbessertes Grading-System, eine belastbare Datengrundlage aus Bild-, Prozess- und Leistungsdaten, KI-gestützte Methoden zur automatischen Defekterkennung und -klassifizierung sowie Korrelationen zwischen Defektklassen, Prozessparametern, Zellqualität und Alterungsverhalten. Darüber hinaus werden optimierte Produktionsparameter und validierte Produktionsläufe erarbeitet, mit denen Ausschuss reduziert, die Qualität verbessert und die Nachhaltigkeit der Batteriezellproduktion gesteigert werden kann. Die Verwertung erfolgt durch die direkte Überführung der Ergebnisse in industrielle Anwendungen, weitere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben sowie durch Wissenstransfer über Fachveranstaltungen, Konferenzen, Fachmessen, Open-Access-Publikationen, Seminare und Lehrveranstaltungen. Zudem sind die entwickelten Methoden auf weitere Zelltypen, Batteriematerialien und künftige Forschungs- und Industrieprojekte übertragbar.
