Optimierung und Funktionsintegration der Formierung und des End-of-Line Tests

Projektlaufzeit:
01.08.2020 – 31.07.2023

Institute:

  • TU Braunschweig, elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme
  • TU Braunschweig, Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES)
  • WWU Münster, MEET Batterieforschungszentrum
  • RWTH Aachen, Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)
  • TU München, Lehrstuhl für Elektrische Energiespeicher (EES)
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Partner:

TU München
Technische Universität Braunschweig
MEET
RTWH Aachen

Ziel des Forschungsvorhabens zur Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen für die Zellformierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung (FormEL) ist die Optimierung und Zusammenführung der finalen Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Herkömmliche Formierungen und End-of-Line-Tests (EOL-Tests) dauern mehrere Stunden bis zu mehrere Tage. In FormEL werden state-of-the-art Prozeduren der Formierung und des EOL-Tests hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität verbessert. Durch das Projekt sollen die Wechselwirkungen zwischen der Formierprozedur und dem End-of-Line Test in Bezug zur resultierenden und diagnostizierten Zellqualität ermittelt werden. Diese Prozess-Qualitäts-Beziehungen werden zur Entwicklung detaillierter Modelle und Optimierung der beiden Prozessschritte, mit dem Ziel einer funktionsintegrierten Zusammenführung, genutzt. Die experimentellen Tests und detaillierten Simulationsmodelle ermöglichen systematische Untersuchungen und Sensitivitätsanalysen zur Identifikation der entscheidenden Prozessparameter während der Formierung und des EOL-Tests. Anschließend können diese gezielt optimiert und hinsichtlich einer Funktionsintegration ausgelegt werden. Durch die optimierte Formierung inklusive EOL-Test kann die Zellqualität gesteigert und sowohl die Prozesszeit als auch –kosten verringert werden.
Das MEET und elenia sind für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien mit unterschiedlichen Formaten zuständig. Die Zellen werden vom elenia und PEM experimentell hinsichtlich einer optimierten Formierung und Funktionsintegration untersucht. Die experimentelle Optimierung des EOL-Tests wird durch das EES und MEET durchgeführt. Die Optimierungen und Funktionsintegration der Einzelprozesse werden dabei durch detaillierte Modelle und Simulationen vom InES (Formierung) und EES (EOL-Test) unterstützt. Durch diese Vorgehensweise werden die Prozess-Qualitäts-Beziehungen sowohl experimentell als auch modellgestützt ermittelt und analysiert. Das PEM entwickelt einen Warenträger, der die Anforderungen aller Projektpartner für die funktionsintegrierte Formierung inkl. EOL-Test berücksichtigt und an dem die Validierung durchgeführt wird.