Tracking und Tracing in der Batterieproduktion

Der Aufbau einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Batteriezellproduktion ist nach wie vor eine Herausforderung, die Deutschland bewältigen muss, um im globalen Wettbewerb als Anbieter im Bereich der Elektromobilität eine führende Position einzunehmen. Die Umsetzung dieser Vision wird durch Industrie 4.0-Anwendungen unterstützt, die eine Transformation der Produktion hin zu effizienteren Prozessen, höherer Qualität und Kosteneinsparungen ermöglichen. Die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien zeichnet sich durch eine hohe Komplexität aus und beinhaltet eine hohe Anzahl unterschiedlicher sowohl kontinuierlicher als auch diskreter Materialflüsse und Prozesse. Ein erster Schritt zur Beherrschung der Komplexität und Gestaltung einer effizienten Produktion ist die Schaffung von Transparenz durch systematische und gezielte Datenerfassung.

Ziel des Forschungsprojekts „TrackBatt“ ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung eines Ansatzes zur lückenlosen Rückverfolgung („Tracking und Tracing“, kurz T&T) der Prozess- und Produktdaten in der Batterieproduktion über die Prozesskette hinweg. Hiermit soll ermöglicht werden, die Performance und potenzielle Schadensbilder hergestellter Batteriezellen eindeutig auf Produktionsprozesse und -parameter zurückzuführen. Zudem können Inline-Prozessregelungen und Produktionssteuerungen befähigt werden, welche die Herstellungskosten reduzieren und die Qualität der Batteriezellen erhöhen. Die wesentlichen Aspekte bei der Implementierung eines T-&-T-Systems sind die Auswahl der geeigneten Markierungstechnologie und der markierten Objekte bzw. Zwischenprodukte entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Weiterhin sind die Übertragung der Informationen von kontinuierlichen auf diskrete Fertigungsprozesse und die Bestimmung der optimalen Granularität der rückverfolgbaren Informationen essenziell. Für eine eindeutige Rückverfolgung der Prozess- und Produktdaten wird im Rahmen des Projekts eine ontologiebasierte Datenstruktur für den digitalen Zwilling sämtlicher Materialien, Zwischenprodukte und Zwischenstruktureigenschaften bis zur finalen Batteriezelle entwickelt.

Durch die lückenlose Rückverfolgbarkeit ermöglicht das Projekt eine hohe Datengranularität. Im Sinne eines digitalen Zwillings bildet das T-&-T-System die Grundlage für eine umfassende Datenzuordnung bzw. -verknüpfung und bietet die Möglichkeit, die Transparenz zu erhöhen, Prozessschritte zu optimieren und damit den Ausschuss unmittelbar am Ort der Entstehung zu reduzieren.