Digitális megoldások és anyagfejlesztés az akkumulátorgyártáshoz

Akkumulátorcellagyártás a Varta-nál. © VARTA Microbattery GmbH

Okostelefon, Gázturbinás targoncák, Elektromos autók – hatékony energiatárolók elengedhetetlenek ahhoz, hogy a fosszilis energiahordozókról tiszta elektromos energiára váltsunk. A stuttgarti Fraunhofer Ipari Gyártástechnikai és Automatizálási Intézet (IPA) most egy olyan projektet indított, amely olcsóbbá teszi az akkumulátorcella gyártását, és javítja azok minőségét.

A cél egy teljesen automatikus gyártás, amely nemcsak felismeri a hibás munkadarabokat, hanem az okukat is – és emberi beavatkozás nélkül azonnal korrigál. Ez csak akkor lehetséges, ha az egész folyamatlánc digitalizált, és a szenzorok számtalan adatot gyűjtenek. Ebben a jövőbeli gyárban mindent rögzítenek: a gépek beállításaitól a felvitt bevonat vastagságáig, a szobahőmérsékletig és a páratartalomig. Az adathalmazban való értelmes összefüggések megtalálásához mesterséges intelligenciára van szükség. Ez meghatározza, hogy mely beállítások és paraméterek mellett milyen eredmény várható.

Digitalizációs koncepciók az akkumulátorgyártáshoz

A DigiBattPro4.0 a Digitalizált akkumulátorcella-gyártást jelenti az Industry 4.0 technológiáival. A projekt célját nem lehet csak a laborban elérni. Megbízható eredményekhez valódi gyártásra van szükség nagy darabszámokkal. Ezt a baden-württembergi akkumulátorgyártó vállalat, a Varta teszi lehetővé, amely naponta tízezernél is több akkumulátort gyárt. Itt a Fraunhofer szakértők először összekapcsolják az összes gépet, és számítógépes modellt készítenek. A teljes gyártási folyamat ezután nemcsak valós, hanem virtuális formában is zajlik. A modell megmutatja, hogyan befolyásolják a folyamatparaméterek a termék tulajdonságait, hol lehet fejlesztéseket elérni – ez a lépcsőfok az önszabályozó gyártás felé.

A gyártási folyamat önállóan tanuló módon alkalmazkodik

Amit a meglévő gyártósoron sikerült elérni, azt a következő lépésben át kívánják vinni lítium-ion akkumulátorokra, például elektromos autókban használtakra. Az alapcellák henger alakúak, 70 milliméter magasak és 21 milliméter átmérőjűek. A szakértők a 21700-as formátumról beszélnek. A projekt végére az lesz a cél, hogy ilyen cellákat teljesen automatikusan, önszabályozó, zavartalan folyamatok segítségével gyártsanak, ezáltal rövidítve a gyártási időt és csökkentve a selejtet.

Környezetbarát, nagy teljesítményű anyagok fejlesztése

A cellák teljesítményét új anyagokkal kívánják növelni, miközben a gyártási folyamat környezetkímélőbb lesz: egy vizes katódanyagot használnak a környezetszennyező oldószer helyett, továbbá egy dúsított nikkel tartalom növeli az energiasűrűséget.

Technológiai szuverenitás biztosítása és a versenyképesség megőrzése

A digitalizáció és az anyagfejlesztés összekapcsolása, amelyben a Fraunhofer Intézeten kívül a Baden-Württemberg-i Napenergia- és Hidrogénkutató Központ (ZSW) is részt vesz, gyors eredményeket garantál. A projekt március 1-jén indult, és négy évig tart. „Hosszú távon a kifejlesztett digitalizációs megoldások támogatják az akkumulátorgyártás gazdaságosságát, és biztosítják Németország gyártóhelyét” – mondja az IPA igazgatója, Professor Alexander Sauer.

Rövid ismertető

Projekt neve: DigibattPro4.0 – Digitalizált akkumulátorcella-gyártás 4.0
Program: Anyagból innováció
Projektgazda: Jülich (PtJ)
Projekt időtartama: 2021. március 1. – 2025. február 28.
Támogató: Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF)
Támogatási összeg: 30 millió euró
Támogatási azonosító: 03XP0374C
Partnerek: Fraunhofer IPA, VARTA Consumer Batteries GmbH & Co. KGaA, VARTA Microbattery GmbH, Baden-Württemberg-i Napenergia- és Hidrogénkutató Központ (ZSW) Ulm