Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Autobot: »Automatisierte Batteriezellcharakterisierung vor, nach und durch Alterungstests zur Überwachung langfristiger Auswirkungen von Produktionsänderungen«

Kurzbeschreibung

 

In diesem Projekt soll am Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems (CARL) an der RWTH Aachen ein hochautomatisierter Prüfstand zur umfassenden Zellcharakterisierung vor und nach Alterungstests von Batteriezellen aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Dieser wird mit einem automatisiert-gesteuerten Zyklisierungsprüfstand kombiniert, welcher eine individuelle Belastung und Vermessung der Zellen während der Alterungstests bei definierten Temperaturen ermöglicht.

Ziel ist die regelmäßige, vergleichbare und detaillierte Charakterisierung von Batteriezellen. Damit können die Auswirkungen von Material- und Prozessänderungen in der Zellfertigung untersucht, quantifiziert und rückgekoppelt werden. Zu diesem Zweck sollen in einem standardisierten und automatisierten Messverfahren neben den klassischen Parametern wie Gewicht, Spannung und 1 kHz Widerstand auch Daten aus weiteren Messungen erfasst werden. Dies sind aus den elektrischen Messungen neben der Zellkapazität auch vollständige Messungen der elektrochemischen Impedanz (EIS) und zusätzlich während des Messzyklus optisch erfasste Wärme- und Ausdehnungsinformationen.

© Fraunhofer FFB

Arbeitsplan

Der Arbeitsplan ist insgesamt in vier Arbeitspakete unterteilt:

  1. Das erste Arbeitspaket beschäftigt sich mit der »Beschaffung, Inbetriebnahme und Testläufen der Einzelkomponenten«. 
  2. Im zweiten Arbeitspaket »Verknüpfung der Komponenten zu einem automatisierten Prüfsystem« wird schrittweise in einem Bottom-Up Prinzip der Prüfstand aufgebaut. 
  3. Das Arbeitspaket 3 »Anbindung des Prüfsystems an die Schnittstellen des CARL und der FFB sowie weiterer Partner« hat maßgeblich die digitale Schnittstelle zum Datenaustausch im Fokus. 
  4. Im vierten Arbeitspaket wird der gesamte Prüfstand in Betrieb genommen und validiert.
© Fraunhofer FFB

Ergebnisverwertung

 

Die Erfolgsaussichten für das beschriebene Projekt basieren zum einen auf der mittel- und langfristigen wirtschaftlichen Verwertbarkeit der erzielten Forschungsergebnisse für den deutschen Maschinenbau und verwandte Branchen durch neu entstehende Kooperationen und Industrieaufträge: Die Produktion von Batteriezellen in Prototypen und Kleinserien sowie die Analyse der produzierten Batteriezellen durch den im Projekt »AutoBot« geschaffenen Testaufbau. Zum anderen stellt die Beteiligung an Schutzrechts- und Patentanmeldungen eine langfristige wirtschaftliche Verwertung der Forschungsergebnisse in Aussicht. Die enorme Steigerung der Versuchslänge, des Versuchsumfangs sowie der Versuchszeit ergänzt dabei den in die Forschungsfertigung Batteriezelle in Münster integrierten Versuchsumfang um ein Vielfaches. Die direkte Anbindung über die physikalische Schnittstelle stellt einen wesentlichen Schritt zur Integration des Testsystems von AutoBot in die Prozesskette der FFB dar. Die Demonstration der Automatisierung und der große Umfang der Messungen tragen dazu bei, die Sichtbarkeit der neuen Forschungsplattform FFB zu erhöhen und damit das Projekt auch in wirtschaftlicher Hinsicht zu unterstützen. Die Erkenntnisse aus den Alterungstests ermöglichen einen großen Erkenntnisgewinn über den Einfluss der Prozessparameter der Batteriezellfertigung und insbesondere deren Variation auf die Qualität der jeweils produzierten Zellen. Darüber hinaus kann das entwickelte automatische Handlingsystem zukünftig auch am Standort der Fraunhofer FFB in Münster eingesetzt und für weitere Forschungsprojekte adaptiert werden. Es wird erwartet, dass durch den geplanten Prüfstand und die mit dem Aufbau verbundenen Erfahrungen das Wissen aller Projektbeteiligten im Bereich der Batteriezellfertigung erweitert wird, was insbesondere für die langfristigen Arbeiten der Forschungsfertigung Batteriezelle von wissenschaftlichem Interesse ist.

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