Forschung Wie der digitale Zwilling die Batteriezellfertigung fördern soll

Die Batteriezellfertigung ist ein Hebel für die Energiewende. Und auch hier können digitale Zwillinge helfen. Aktuell existiert aber noch kein Zwilling einer solchen Produktion. Ein neues Whitepaper zeigt die Umsetzung an der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle.

Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batteriezellen dürfte angesichts der Energiewende in den kommenden Jahren zunehmen. Großen Anteil hat hier die Transformation der Mobilitätsbranche hin zu mehr Elektromobilität. In der Folge ist mit mehr in Europa angesiedelten Batteriefabriken zu rechnen, die hohen Anforderungen an Qualität, Nachhaltigkeit und Prozessstabilität gerecht werden sollen.

Politische Verordnungen wie der Battery Passport bemühen sich um Standardisierung auf diesem Gebiet. Und auch hier könnte der digitale Zwilling viel Potenzial bergen, wenn es darum geht, Schwachstellen der Produktion zu identifizieren und die Prozessoptimierung zu beschleunigen. Das ermögliche Lösungen wie den Battery Passport überhaupt erst und trage letztendlich zu höherer Produktionsqualität bei, betonen Forschende der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB.

Hier gibt es nur ein Problem: Bislang existiert noch kein digitaler Zwilling einer vollständigen Batteriezellproduktion, der das Fabrikgebäude, die Produktionsmaschinen und das Produkt abbildet. Gemeinsam mit acht weiteren Forschungsinstitutionen aus dem FoFeBat-Projekt entwickelte die FFB ein entsprechendes Konzept.

Aller guten Zwillinge sind drei

Und ein solches Unterfangen gestaltet sich durchaus komplex. Bei der Fertigung von Batteriezellen gebe es laut der Forschenden eine beträchtliche Menge an physischen Objekten, die miteinander verknüpft werden müssen. Daher haben die Projektverantwortlichen ein entsprechendes Konzept erarbeitet, das sie in ihrem Whitepaper vorstellen.

Im Kern unterscheiden sie hierzu zunächst drei Typen digitaler Zwillinge: den Anlagenzwilling, den Produktzwilling und den Gebäudezwilling. Der digitale Zwilling der Batteriezellfertigung soll alle drei zusammenführen. Sein dreigeteilter, modularer Aufbau ermögliche eine einfachere Handhabbarkeit und den Austausch von Daten und Informationen auf technischer Ebene. Aber welche Instanz ist wofür zuständig?

Laut des Konzepts sei der Anlagenzwilling für die Digitalisierung aller Prozesse der fabrikinternen Produktionsanlagen verantwortlich. Auf diese Weise können Verantwortliche den Zustand der Maschinen im Blick behalten und entsprechende Entscheidungen ableiten. In der Folge reduzieren sich Verschleiß und Wartungszeiten. Das erhöht die Anlageneffizienz, da die Daten in Korrelation analysiert werden können. Hieraus kann letztendlich eine ökonomischere und ökologischere Produktion resultieren.

Der Produktzwilling sammelt in diesem Verbund alle Daten und Merkmale von Rohstoffen sowie Zwischen- und Endprodukten, inklusive der Parameter der Verarbeitungsprozesse. Das ermögliche eine digitale Darstellung der Produktkonfiguration. Diese kann mit Daten über externe Umweltfaktoren und relevanten Prozessdaten ergänzt werden.

Der digitale Gebäudezwilling soll mittels Building Information Modelling, kurz BIM, und der digitalen Abbildung des Gebäudes in allen Phasen die Planung von Fabrikgebäuden effizienter machen. Das kann wiederum Kosten und CO₂-Emissionen verringern. Gleichzeitig fördert er eine transparente Kommunikation zwischen den am Bauprojekt beteiligten Partnern.

Das Ergebnis dieses Dreiklangs seien laut der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle übergreifende Erkenntnisgewinne und Optimierungen. Interessierte können das Whitepaper unter diesem Link kostenfrei herunterladen.

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