Digitale Methoden zur Produktion und Anwendung von Batteriezellen

In abteilungsübergreifenden Teams entwickeln wir am Fraunhofer ITWM ein breites Spektrum digitaler Methoden, die das Anwendungsfeld elektrochemischer Speicher – hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien – insbesondere im Hinblick auf Elektromobilität adressieren. Dabei entstehen u. a. Digitale Zwillinge der Batterie sowie der Produktionsprozesse. So verbessern herstellende Unternehmen zukünftig die Qualität und Effizienz ihrer Produktion von Batterien der nächsten Generation.

Aktuell wird in Europa an vielen Orten, so auch in Rheinland-Pfalz, der Aufbau von Fabriken zur Batteriezellfertigung mit Hochdruck vorangetrieben – insbesondere um die enorm steigende Nachfrage an Batteriezellen für die Elektromobilität zu befriedigen und international weniger von anderen Märkten abhängig zu sein. Dabei ist die Digitalisierung beim Aufbau und Betrieb entsprechender Anlagen eine wertvolle Unterstützung.

Digitale Lösungen für eine nachhaltige und effiziente Batteriezellfertigung

Unter anderem durch das vom Land Rheinland-Pfalz geförderten Projekt »DiBaZ« wurden die Kompetenzen von verschiedenen unserer Abteilungen gebündelt, um diese Prozesse auf unterschiedlichen Ebenen durch das Entwickeln und Anwenden digitaler Methoden zu unterstützen. Hierbei geht es insbesondere um:

• das Weiterentwickeln von physikalischen Simulationsmethoden zum Beschreiben einzelner Batteriefertigungsschritte
• die Entwicklung inlinefähiger Prüfmethoden zur Qualitätskontrolle – insbesondere Messungen der Elektrodendicken und Homogenität
• die prädiktive Regelung der gesamten Produktionskette – hauptsächlich hinsichtlich des Energieverbrauchs
• die physikalische Simulation des Zellverhaltens zur Unterstützung der Zellauslegung und Vorhersage der Batterieeigenschaften
• die Simulation von Batterieverhalten und -belastung im Anwendungsszenario (Fahrbetrieb), sodass insbesondere Alterungs- und Temperaturaspekte mit einem digitalen Gesamtfahrzeugmodell gekoppelt werden können.

Kooperation und praxisnahe Unterstützung in der Fraunhofer-Gesellschaft

Hierbei sind wir innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft über die Fraunhofer-Allianz »Batterien« eng vernetzt und wurden im Projekt »DiBaZ« insbesondere durch die Fraunhofer-Einrichtung »Forschungsfertigung Batteriezelle FFB« mit praktischem Know-how zu den Produktionsprozessen und der Bereitstellung von Messdaten unterstützt.