Exinos2 – Erhöhte Flexibilität und Effizienz in der Batterieproduktion

Zimmern ob Rottweil, 18.02.2025

Die Entwicklung und Industrialisierung einer neuartigen Produktionsanlage zur Herstellung von Batterie-Zellstapeln ist das Ziel des Verbundprojekts EXINOS2 (FKZ: 03XP0645A-F). Das Anlagenkonzept, das auf den Ergebnissen vorheriger Forschungsprojekte aufbaut, verspricht durch den Einsatz innovativer Technologien eine signifikant verbesserte Effizienz und Flexibilität der Batteriezellfertigung. Im Verbundprojekt arbeiten Forschende des wbk Instituts für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB sowie den Industriepartnern acp systems AG, BST GmbH, J. Schmalz GmbH und der Siemens AG an der Weiterentwicklung des prototypischen Anlagenkonzepts. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit 3,64 Millionen Euro.

Ziel des Projekts EXINOS2 ist die Entwicklung und Industrialisierung des prototypischen Anlagenkonzepts für eine optimierte Stapelbildung in der Batteriezellproduktion.

Bildquelle: KIT, Amadeus Bramsiepe

Für die Herstellung von Batterie-Zellstapeln müssen die einzelnen Elektrodenblätter, jeweils getrennt durch einen Separator, präzise übereinandergestapelt werden. In bisherigen Anlagenkonzepten wird dies durch zumeist mehrere automatisierte Greifvorgänge und starre Werkzeuge umgesetzt. Zwischen den Greifvorgängen entstehen zwangsläufig Pausen, die zu einem diskontinuierlichen Prozess führen. Gleichzeitig erschweren die formatgebundenen Werkzeuge den Wechsel auf andere Batteriezellformate. Soll ein neues Batterieformat produziert werden, sind kostenintensive neue Werkzeuge und zeitaufwändige Umrüstarbeiten notwendig.

Das bereits prototypisch aufgebaute Anlagenkonzept bietet Optimierungspotenziale hinsichtlich beider dieser Herausforderungen. Durch das Herstellen eines Verbundes aus dem Separator und den Elektrodenblättern vor dem eigentlichen Stapelvorgang kann eine kontinuierliche und damit insgesamt schnellere Prozessführung erreicht werden. Die Anlagentechnik selbst ist formatflexibel gestaltet, sodass innerhalb kurzer Zeit softwarebasiert auf neue Zellformate umgestellt werden kann. Dies wird vor allem durch die flexibel verstellbaren Handhabungssysteme erreicht, durch die auch das Zuschneiden der einzelnen Elektrodenblättern erfolgt.

Die Effizienz und Flexibilität der Batteriefertigung in Deutschland, die zukünftig entscheidend zur Energiewende beitragen soll, kann dadurch deutlich verbessert werden. Dies wiederum eröffnet große Chancen, die wirtschaftliche Kraft und technologische Innovation zu stärken sowie den Ausbau der Elektromobilität zu fördern.

Innerhalb des auf drei Jahre ausgelegten Projektes sollen dafür alle Teilprozesse des prototypischen Anlagenkonzepts hin zu einer Serientauglichkeit nach industriellen Standards weiterentwickelt und erprobt werden. Darüber hinaus werden alternative Technologien innerhalb der Anlage integriert und getestet. Eine wichtige Rolle spielen dabei digitale Methoden. So kann beispielsweise eine multiphysikalische Anlagensimulation dabei helfen, die Position einzelner Komponenten innerhalb der Maschine zu optimieren. Außerdem kann der entwickelte „digitale Zwilling“ die Inbetriebnahme der Anlage beschleunigen und auch innerhalb des Produktionsprozesses wertvolle Informationen für den Maschinenbediener liefern. Dabei kann auch auf vorherige Forschungsergebnisse aus den ebenfalls durch das BMBF geförderten Batteriekompetenzclustern ProZell und InZePro aufgebaut werden.

Projektpartner und Funktion im Projekt:

acp systems AG (Projektkoordinator)

Die acp systems AG fungiert im Projekt als Hersteller der fokussierten Zielanlage.

BST GmbH

Die BST GmbH liefert im Projekt eine hochpräzise Systemlösung zur Bahnlaufregelung und optischen Elektrodeninspektion für eine optimale Stapelgenauigkeit der Elektrodenblätter.

J. Schmalz GmbH

Die J. Schmalz GmbH beschäftigt sich innerhalb des Projekts mit der Entwicklung passender Vakuum-Greifsysteme.

Siemens AG

Die Siemens AG unterstützt das Projekt hardwareseitig in Bezug auf Steuerungs- und Antriebskomponenten und softwareseitig bei der Digitalisierung der Zielanlage.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

wbk Institut für Produktionstechnik

Das wbk Institut für Produktionstechnik am Karlsruher Institut für Technologie widmet sich im Projekt der Befähigung unreifer Teilprozesse sowie der Entwicklung des digitalen Zwillings.

Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Im Projekt EXINOS2 stellt die FFB im Kontext der Innovationmodule die entsprechenden Rahmenbedingungen für den Anlagenaufbau und die Integration in eine industrielle, physische und digitale Infrastruktur.

Projektförderung

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Laufzeit: 1.2025-12.2027

Projektträger:  Forschungszentrum Jülich GmbH (PTJ)

Förderkennzeichen: 03XP0645A-F

Fördersumme:  3,64 Mio. Euro