Rückverfolgbarkeit und Digitalisierung in der Batteriezellfertigung

Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Gesellschaft ist die Verfügbarkeit von Energiespeichern, vor allem Batterien, ein wichtiger Schritt. Durch Industrie 4.0 ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, die Batterieproduktion effizient und nachhaltig zu gestalten. Eine zentrale Herausforderung liegt hierbei in der Produktnachverfolgung entlang der Wertschöpfungskette, die aus kontinuierlichen, batchweisen sowie diskreten Prozessen besteht. Die Fraunhofer FFB entwickelt gemeinsam mit ihren Partnern den digitalen Zwilling in der Batteriezellfertigung gemeinsam mit innovativen Ansätzen zur Rückverfolgbarkeit.

Kernelemente für erfolgreiche Rückverfolgbarkeit

Für den digitalen Zwilling der Batteriezelle ist ein durchgängiges Traceability-System notwendig. Ein solches System setzt sich aus vier Kernelemente zusammen: Kennzeichnungsmethode, Datenerfassung und -aufzeichnung, Datenverknüpfung sowie Kommunikation.

Insbesondere die Kennzeichnung in der Batteriezellfertigung ist durch die Berücksichtigung des Wechsels von kontinuierlicher zu diskreter Fertigung sowie die Anforderungen an Qualität und Sicherheit der Zellen herausfordernd. Die Kennzeichnungsmethoden lassen sich anhand ihrer physikalischen Funktionsprinzipien unterscheiden. Die Daten werden durch physische und Softwareschnittstellen erfasst und im digitalen Zwilling verknüpft. Für die Verknüpfung spielen ID-Flüsse eine zentrale Rolle: Während bei der Slurry-Herstellung noch eine ID auf Batchebene, zum Beispiel auf dem Behälter, angebracht werden kann, wird in nachfolgenden Prozessschritten eine ID für genauere Abschnitte auf dem Zwischenprodukt benötigt. 

Bild: Das Traceability-System ermöglicht den digitalen Produktzwilling (© Fraunhofer FFB).

Aktuelle Arbeiten im Bereich Traceability

Die kontinuierliche Verfolgung rieselnder Feststoffe beziehungsweise fließender Pasten ist eine der aktuellen Herausforderungen in Bezug auf die Rückverfolgbarkeit, da sich herkömmliche Traceability-Verfahren des Batchprozesses hier nicht anwenden lassen und noch keine etablierte Alternative existiert Diesem Aspekt sowie weiteren Ansätzen hinsichtlich der Rückverfolgbarkeit und der Verknüpfung anlagen- und produktseitiger Parameter, automatisierter Auswertung und Identifikation von Korrelationen widmen sich die Mitarbeitenden der Fraunhofer-Gesellschaft.

Des Weiteren werden gemeinsame Vorhaben mit Anlagenherstellern, Sensor- und Softwarefirmen initiiert, um ein umfassendes Traceability-System entlang der gesamten Prozesskette zu entwickeln.

Einen umfassenden Artikel zur Rückverfolgbarkeit und zur Digitalisierung in der Batteriezellfertigung finden Sie in der Ausgabe 03/2022 in der Zeitschrift »maschinenbau«.