Neben höheren Leistungs- und Energiedichten, schnelleren Ladezeiten und größeren Kapazitäten sind auch geringe Herstellkosten ein wesentliches Erfolgskriterium für die Batterietechnologie. Im Rahmen des StreetScooter-Projekts steht daher besonders die Produzierbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien im Mittelpunkt.
Das Thema Elektromobilität genießt derzeit größte Aufmerksamkeit. De facto existiert jedoch noch keine nennenswerte Nachfrage nach elektrofahrzeugtauglichen Batterien und auch deren Entwicklung steckt noch in den Kinderschuhen. In Anbetracht des angestrebten Marktvolumens von Hybrid- und Elektrofahrzeugen sind jedoch schon jetzt simultan zur Weiterentwicklung der Batterie deren Produktionsprozesse und -strukturen samt Produktionstechnologien in Richtung einer Großserienfertigung zu entwickeln.
Obwohl heute in Deutschland Industrie und Wissenschaft ihre Forschungsbemühungen intensivieren und besonders die Automobilindustrie mit Hochdruck an Produktionssystemen zur Fertigung von elektrischen Speichersystemen arbeitet, besteht hinsichtlich Batterietechnologie und auch Produktionsstruktur im internationalen Vergleich noch erhebliches Verbesserungspotenzial. So existieren zwar erste Produktionskonzepte für die Serienfertigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen, die Entwicklung und Fertigung der Batteriepacks befindet sich aber noch gänzlich im Stadium der Prototypenkonzeption.
Eine wesentliche Herausforderung für die Entwicklung von elektrofahrzeugtauglichen Energiespeichersystemen liegt in der Komplexität ihres Aufbaus. Batterien setzen sich aus einer Vielzahl an unterschiedlichen Komponenten zusammen, die alle aufeinander abgestimmt weiterzuentwickeln sind. Gleichsam umfasst auch ihr Produktionsprozess zahlreiche Fertigungs- und Handhabungsschritte, die den Einsatz diverser Produktionstechnologien aus heterogenen Kompetenzfeldern bedingen. Bisher hemmen nicht abgestimmte Produkttechnologien und Produktionsstrukturen die Entwicklung der heimischen Batterieproduktion. Besonders kleine und mittlere Unternehmen haben gar nicht die Möglichkeit, ihre Technologien im Rahmen eines Gesamtkonzepts übergreifend weiterzuentwickeln. Im Rahmen des StreetScooter-Projekts der RWTH Aachen soll gerade dieses Defizit behoben werden, indem Batterieproduzenten, Komponentenentwickler und Anlagenbauer zusammengebracht werden. Ziel ist es, elektrofahrzeugtaugliche Lithium-Ionen-Batterien ganzheitlich zu verbessern. In einem integrierten Verbesserungszyklus werden Produktionsabläufe, Produktionstechnologien und das Design der Batteriezellen und -packs schrittweise in Richtung einer serientauglichen und robusten Fertigung entwickelt.
Das Kompetenznetz aus Industrie und Forschung arbeitet an der Konzeption einer durchgängigen Prozesskette von der Beschichtung der Elektroden bis hin zum fertigen Batteriepack inklusive der Test- und Prüfeinrichtungen. Aufeinander abgestimmte Produktionstechnologien und Betriebsmittel sollen neben der Vermeidung von Schnittstellenverlusten besonders die Ausbaufähigkeit der Fertigungskette begünstigen. Dabei werden in einem iterativen Vorgehen Produktionsprozess oder -technologie in Einklang zur Weiterentwicklung der Batterietechnologie verbessert. Ziel ist es, die Herstellkosten deutlich zu verringern und gleichzeitig die erreichbare Qualität zu steigern, um die Massenmarkttauglichkeit vorzubereiten.
Prof. Dr.-Ing. Achim Kampker Dipl.-Wirt. Ing. Christoph Nowacki Lehrstuhl für Produktionsmanagement, WZL der RWTH Aachen Dipl.-Ing. Fabian Schmitt Leiter Geschäftsstelle Elektromobilität, RWTH Aachen
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