Datenanalyse in der Batteriemodulproduktion

Die steigende Nachfrage nach elektrifizierten Powertools und Automobilen stellt die Unternehmen vor komplexe Herausforderungen. Um mit der hohen Entwicklungsgeschwindigkeit in dieser Branche Stand halten zu können, müssen Entwicklungs- und Produktionszeiten von Prototypen, Klein- und Großserien reduziert werden. Ein kritischer Prozessschritt entlang der Prozesskette der Batteriemodulfertigung ist die elektrische Verbindung der einzelnen Batteriezellen. Besonders im Bereich der Elektromobilität werden große Mengen an Batteriezellen verschaltet, um die notwendigen Leistungsanforderungen zu erreichen. Die Verschaltung tausender Zellen erfordert ebenso viele elektrische Verbindungen je Batteriepol. Das Laserstrahlschweißen zeichnet sich für diese Anwendung durch einen hohen Automatisierungsgrad und kurze Prozesszeiten aus.

Durch die Aufnahme und Analyse von Prozessdaten während des Laserstrahlschweißens können Rückschlüsse auf die Fähigkeit des Prozesses und damit auf die Reproduzierbarkeit gezogen werden. Durch Nutzung dieser Daten können bereits bei der Konstruktion eines neuen Batteriemoduls Erkenntnisse des Laserschweißprozesses genutzt werden. Durch den Aufbau einer Datenbank können für jeden Batterietyp und verschiedenste Kontaktierungsmöglichkeiten Prozesse hinterlegt werden.

Die Konstruktion eines neuen Moduls soll dabei mit dem im Leistungszentrum am Fraunhofer ILT entwickelten Batteriebaukasten unterstützt werden. Durch Eingabe von Zielgrößen für das Modul werden im Konfigurator geeignete Batteriezellen und eine geeignete, laserbasierte Kontaktierung vorgeschlagen. Basierend auf bestehenden Prozessdaten können Prozessparameter vorgegeben oder Startpunkte für eine Prozessentwicklung empfohlen werden.

In der Pilotlinie »Batteriemodul« werden die Fragestellungen der adaptiven Produktion von Batteriemodulen betrachtet, bei denen aus gegebenen Restriktionen Bauraum und Gewicht die elektrischen Eigenschaften wie Energie und Leistung durch Verwendung unterschiedlicher Zelltypen in geeignete Modulen in kleiner bis mittlerer Stückzahl realisiert werden. Die eingesetzten Technologien sind das Laserstrahlschweißen von Verbinderelementen und das Laserbonden. In beiden Verfahren werden die Prozesssignale aus den Fügeprozessen zur Optimierung der Fügeparameter und zur Vertiefung des Prozessverständnisses ausgewertet und bereits zur Auslegung der Batteriemodule verwendet.