Die Zukunft der Batteriezellproduktion: energieoptimiert und flexibel

Agile Zellfertigung mit KUKA Robotern

Am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist zukunftsweisende Batterieproduktion schon jetzt erlebbar. Um diese flexibler und effizienter zu machen, haben Forschende im Rahmen des Projekts AgiloBat eine agile Zellfertigung aufgebaut: Mithilfe roboterbasierter Automatisierung in Mini-Environments wurde dabei eine Flexibilität erreicht, die bisher nur in der Manufaktur möglich war. Durch anpassbare Prozesse und Programmänderungen können verschiedenste Zellgeometrien hergestellt werden – ohne die Anlage aufwendig umrüsten zu müssen!
Robotik
Hierfür entwickelten die Forschenden spezielle Roboterzellen, die hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Ausführung eine Weltneuheit darstellen. Konzipiert und gebaut wurden sie von der Exentec Germany GmbH, einem Unternehmen der Exyte Gruppe.
Exyte, das internationale, in Stuttgart ansässige Unternehmen für Gebäudetechnik und Anlagenbau, entwirft, plant und stellt nachhaltige und ultrareine Fertigungsanlagen für High-Tech-Industrien bereit, darunter Halbleiter- und Batteriefabriken, Datenzentren oder Anlagen für die Biopharma-Industrie.
Einer der Schwerpunkte von Exentec sind Rein- und Trockenräume. Oder um es mit den Worten von Nicole Neub, Direktorin der Abteilung Batterietechnologie bei Exentec, zu sagen: „Wir sind für die notwendige trockene Luft im Batteriefertigungsprozess verantwortlich.“

Jeder Prozessschritt
in einem Mini-Environment

Bekanntermaßen darf die Umgebungsluft in der Produktion von Batteriezellen nur sehr wenig Luftfeuchtigkeit enthalten. Genauer gesagt: Damit es bei der Verarbeitung der empfindlichen Batteriematerialien nicht zu Oxidationen oder Feuchtigkeitseinschlüssen kommt, beträgt die relative Luftfeuchtigkeit meist weniger als 1 Prozent. Denn eine höhere relative Luftfeuchtigkeit kann später zu Qualitätsproblemen oder sogar kritischen Ausfällen der Batterien führen.
Hergestellt wird die benötigte Trockenheit in sogenannten Mini-Environments. „Dabei werden einzelne Prozessschritte der Produktion und die zugehörigen Maschinen eingehaust und die gefilterte Luft direkt an den Prozess gebracht“, erklärt Nicole Neub. „Dadurch wird wirklich nur die Maschine mit sauberer und trockener Luft versorgt – und kein ungenutztes großes Volumen in der Produktionshalle.“
In der industriellen Massenfertigung von Batteriezellen werden meist gesamte Produktionsflächen als Trockenraum betrieben, was für einzelne Prozesse nicht erforderlich ist und große Mengen an Energie braucht. Im Projekt AgiloBat geschieht dies durch containerartige Kästen, in denen ein Taupunkt von bis zu -50 °C herrscht.
Der Roboter von KUKA arbeitet im Mini-Environment präzise rund um die Uhr – und sorgt im Gegensatz zu einer menschlichen Arbeitskraft dafür, dass die Luft trocken bleibt © KUKA
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