Technologie: Projekte

PowerCaps – Hybrid-Speicher mit Marktpotenzial

Foto: pixabay

Fraunhofer-Forscher optimieren die Serienfertigung auf Industrie 4.0

In dem vom Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg geförderten Projekt FastStorageBW II entwickeln Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart gemeinsam mit Batteriehersteller Varta und anderen Partnern einen leistungsstarken Hybrid-Speicher: Die PowerCaps kombinieren die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren.

PowerCaps

PowerCaps als leistungsstarke Hybrid-Speicher. Foto: Fraunhofer IPA/Rainer Bez

„Die PowerCaps haben eine ähnlich hohe spezifische Kapazität wie Bleibatterien, mit zehn bis zwölf Jahren eine hohe Lebensdauer und sie lassen sich in wenigen Sekunden aufladen wie ein Superkondensator“, erläutert Joachim Montnacher,   Geschäftsfeldleiter Energie am IPA. Die PowerCaps lassen sich bis zu einer Temperatur von 85 °C einsetzen. Sie überstehen hundert Mal mehr Ladezyklen als konventionelle Batteriesysteme und halten ihre Ladung über mehrere Wochen – ohne nennenswerte Verluste durch Selbstentladung.

Mit geringem Risiko in die Großserienproduktion

Die IPA-Forscher widmen sich dabei vor allem der Produktionstechnik: Soll eine neue Batterieproduktion aufgebaut werden, gilt es, das entsprechende Prozesswissen optimal umzusetzen. Um die komplette Fertigung aufzubauen, müssen Unternehmen viele Millionen Euro investieren. „Wir ermöglichen es Batterieherstellern, einen Zwischenschritt zwischen Laborfertigung und Großserienfertigung einzubauen – quasi eine Kleinserienproduktion“, sagt Montnacher.   „Auf diese Weise können wir ideale Voraussetzungen für die Großserienproduktion schaffen, die Prozesse optimieren und die Produktion von Anfang an auf Industrie 4.0 auslegen. Und damit letztlich einen Wettbewerbsvorteil für die Unternehmen erzielen.“ Ein weiterer Vorteil: Die Ramp-up-Zeit – also die Zeit, die man zum Hochfahren der Produktionslinie benötigt – sinkt um mehr als 50 %.

Für die neuartige Kleinserienproduktion kombinieren die Forscher gewisse Produktionsabfolgen sinnvoll. Allerdings sind dabei nicht alle Anlagen miteinander verbunden – zumindest was die Hardware betrifft. Vielmehr trägt ein Mitarbeiter die Chargen von einer Maschine zur nächsten. Schließlich geht es nicht darum, möglichst viele Produkte in möglichst geringer Zeit herzustellen, sondern darum, ein möglichst umfassendes Verständnis für den Prozess zu entwickeln. Das heißt beispielsweise zu klären, wie sich in der gewünschten Qualität reproduzierbar produzieren lässt. Die Anlagen sind dabei möglichst flexibel ausgelegt und lassen sich für verschiedene Produktionsvarianten nutzen.

PowerCaps-Serienfertigung industrie-4.0-tauglich machen

Was die Software angeht, sind die Anlagen sehr wohl miteinander vernetzt. Zudem sind sie ebenso wie Prozesscluster mit zahlreichen Sensoren bestückt. Auf diese Weise wissen die Cluster, welche Daten für die jeweiligen Prozessschritte erfasst werden. Sie kommunizieren miteinander und speichern die Ergebnisse in einer Cloud. So können Forscher und Unternehmer schnell analysieren, welche Faktoren die Produktqualität beeinflussen.

Die Forscher am IPA bringen ihr Knowhow jedoch nicht nur im Bereich Produktionstechnik ein. Sie entwickeln auch Geschäftsmodelle zur Vermarktung der Batteriezellen, analysieren die Rohstofflage und optimieren das spätere Recycling der PowerCaps.


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