TIME

Kurzbeschreibung

Der beschleunigte Transfer vorhandener Innovationen aus dem Labor- und Technikumsmaßstab in eine wirtschaftliche Serienproduktion von Batteriezellen sichert den künftigen Status Deutschlands als technologieführende Nation, die zudem einen Mehrwert für asiatische und europäische Zellhersteller bietet. Dafür muss eine Economy-of-scale realisiert werden, so dass die hohen Anforderungen an Qualität, Ausbeute und den Durchsatz von Li-Ionen-Zellen und Komponenten für eine Großserienfertigung erfüllt werden. Dies erfordert eine vollständige Automatisierung aller Prozessschritte. In TIME entwickelt das Konsortium gemeinsam innerhalb einer Skalierungsforschung eine KI-basierte Inline-Messtechnik verbunden mit der Digitalisierung der Datenverarbeitung und des Datenmanagements entsprechend Industrie 4.0 bis zum industriellen Maßstab mit Partnern aus der Elektronikentwicklung, Datenverarbeitung, Anlagentechnik und der Anwendung.

Das Ziel von TIME ist die Integration eines Monitoringsystems auf Basis der Laser-Speckle-Photometrie (LSP) in eine industrielle Pilotanlage der Fraunhofer FFB zur Erkennung und Klassifizierung realer Fehler und der Bestimmung der Porosität im Bereich der Trocknung und des Kalandrierens von Elektroden. Im Ergebnis wird ein Technologiedemonstrator vorliegen, der den heutigen TRL5 auf 7 hebt und dessen Hard- und Software ihre Funktionen bei Bahngeschwindigkeiten bis zu 50 m/min und einer max. Folienbreite von 700 mm in Vergleich zum Status Quo - Bahngeschwindigkeit von max. 10 m/min und Folienbreite 400 mm - erfüllen. Es entsteht ein Datenmanagementsystem für das Handling und die Verarbeitung der Messdaten bis hin zur Entscheidung über die Qualität der Elektrode/Ze

Das Projekt ist in zehn Arbeitspakete unterteilt:

AP1 Spezifikation der LSP, Datenstrukturen und Schnittstellen, LCA-Analyse

Seitens der Fraunhofer FFB, werden Lastenhefte für analoge und digitale Schnittstellen definiert, sowie eine LCA-Analyse durchgeführt.

AP2: LSP-Methode – Funktionsmuster 
In diesem Arbeitspaket werden die zwei Funktionsmuster des LSP-Systems sowohl Hardware- als auch Softwaretechnik ausgearbeitet. Dafür werden die in AP1 ausgearbeiteten Lastenhefte herangezogen.

AP3: Implementierung LSP in Kalander 
Die beiden Funktionsmuster werden zur Integration als Anlagenkonzepte weiterentwickelt. Erste Testläufe werden ohne die Fraunhofer FFB durchgeführt. Anschließend werden beide finalisierten Messsysteme in die Pilotlinie der FFB PreFab integriert.

AP 5: Messdaten/Datenbank 
Die Daten aus der OPC-UA Schnittstelle werden je nach Projektrelevanz gespeichert und kontextualisiert. Die zu verwendende Datenbank wird auf Basis der zu erwartenden Datenformate und -mengen ausgewählt. Die Daten stammen aus der realen Fraunhofer FFB-Pilotproduktion.

AP10: Test/Validierung der Ergebnisse
Validierung des Gesamztsystems in der FFB PreFab. Dabei werden gezielt Datensätze von Produktionskampagnen aufgenommen, um die Anforderungen an das LSP zu Prüfen. Die Ergebnisse werden technisch und ökonomisch bewertet.

Die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien für Elektromobilität, Konsumelektronik und stationäre Speicher treibt den globalen Kapazitätsausbau voran, wobei Europa seinen Produktionsanteil bis 2030 auf etwa 20 % steigern will - in Deutschland entstehen dafür über 107 GWh durch Unternehmen wie PowerCo und CATL. Der Maschinen- und Anlagenbau bietet deutschen Unternehmen erhebliches Potenzial, da bis 2030 weltweit rund 290 Mrd. € in Produktionsanlagen investiert werden sollen. Das Projekt TIME unterstützt diese Entwicklung durch die Erprobung automatisierter Prozesse mittels Sensorik zur Erfassung kritischer Produktmerkmale für eine hochautomatisierte, digital gesteuerte Serienfertigung. Die Ergebnisse werden durch Schutzrechtsanmeldungen, Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Präsentationen auf internationalen Konferenzen verwertet und verbreitet. Die wissenschaftlich-technische Verwertung erfolgt über die Netzwerke der Fraunhofer FFB und IKTS, wobei das LSP-System kurz- bis mittelfristig auf weitere Produktionslinien und Prozessschritte ausgeweitet werden kann. Die Ergebnisse werden durch Konferenzen, Fachpublikationen sowie die Einbindung in Lehre und Nachwuchsausbildung verbreitet und tragen zur Qualifizierung von Fachkräften in der Batterietechnik bei.