Integration horizontaler Datenstrukturen in der Batterieproduktion

Das Forschungsziel des Projekts DataBatt ist die Optimierung der Batteriezellproduktion durch Vereinfachung und Standardisierung der Datenaufnahme, um basierend auf diesen Produktionsdaten Effizienzsteigerung und Ausschussreduktion zu erwirken. In der aktuellen Forschungslandschaft sind die Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge von Produktionsparametern und deren Einfluss auf Qualitätsindikatoren sowie die daraus resultierende Prozessstabilität nur begrenzt identifiziert und publiziert. Diese Zusammenhänge sind Gegenstand intensiver Forschung. Ein wesentlicher Bestandteil des Projekts DataBatt ist die datenbasierte Analyse solcher Ursache-Wirkungs-Beziehungen, beziehungsweise insbesondere die Vorbereitung von Daten, welche in der Produktion generiert werden. Dies schließt sowohl Prozess- als auch Produktdaten sowie Maschinendaten ein.
Ein zentrales Element von DataBatt ist die digitale Anbindung von Produktionsequipment und die Extraktion von Daten in geeigneter Qualität, wie Vollständigkeit. Dies stellt in der Batteriezellproduktion eine große Herausforderung dar, insbesondere aufgrund der großen Anzahl an Prozessschritten, unterschiedlichen Anlagenlieferanten und dem Fehlen von Kommunikationsstandards. Das Ziel des Projekts ist es daher, horizontale Datenstrukturen und standardisierte Schnittstellen zu entwickeln, um die digitale Anbindung zu vereinfachen. Dies ermöglicht einen einfacheren Austausch von Anlagen, z. B. von verschiedenen Herstellern und erleichtert die Übertragbarkeit von Daten und Erkenntnissen von einer Produktionsstätte auf eine andere Produktionslinie. Dadurch soll eine effizientere, flexiblere und transparentere Batteriezellproduktion ermöglicht werden, die einen wesentlichen Beitrag zur Bewältigung der Klimakrise leisten kann.

Der aktuelle Stand der Technik in der Digitalisierung der Batteriezellproduktion ist ein komplexes und vielschichtiges Feld, das sich durch die fortschreitende Integration digitaler Technologien in die verschiedenen Produktionsphasen kennzeichnet. Ausschnitte aus der Produktion sind in Abbildung 1 bis 3 am Beispiel der Pilotlinie des PEM zu sehen. Die Batteriezellproduktion gliedert sich in die drei Hauptabschnitte Elektrodenfertigung, Zellassemblierung und Formierung, die wiederum in mindestens 15 Prozessschritte unterteilt sind. Ein wesentliches Merkmal dieser Produktion ist die Nutzung von Anlagen unterschiedlicher Maschinen- und Anlagenbauer, was zu einer Vielfalt an Schnittstellen und Kommunikationsprotokollen führt.
Diese Heterogenität stellt eine Herausforderung für die digitale Anbindung und Datenextraktion dar. OPC UA etabliert sich als ein Standard für die industrielle Kommunikation, jedoch fehlt es in der Zellproduktion an einem spezifischen Standard wie der Companion Specification. Ein weiteres Kernproblem ist das Fehlen eines vollumfassenden Datenabbildes der Zellproduktion, welches für das Verständnis der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge und zur Reduzierung von Ausschussraten essenziell wäre.
Die Lösung dieser Herausforderungen erfordert eine umfassende Digitalisierungsstrategie, die sowohl die Harmonisierung der Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle als auch die Entwicklung von standardisierten Datenmodellen und -plattformen umfasst. Dies würde nicht nur eine effizientere Datenerfassung und -nutzung ermöglichen, sondern auch die Basis für fortschrittliche Analysemethoden bilden, die zur Optimierung der Produktionsprozesse und zur Qualitätssteigerung beitragen können.
Insgesamt steht die Industrie vor der Aufgabe, die digitale Transformation in der Batteriezellproduktion voranzutreiben. Für eine wettbewerbsfähige Produktion am Standort Europa muss die Effizienz gesteigert und die Produktqualität verbessert werden. Nur so kann ein entscheidender Beitrag zur Bewältigung globaler Herausforderungen wie der Energiewende und dem Klimaschutz geleistet werden.