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cross dimensional manufacturing

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Innovatives funktionsintegriertes Moduldesign für modulare Batteriepacks

PROGRAMM:
Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung

ZUWENDUNGSGEBER:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

PROJEKTTRÄGER:
Forschungszentrum Jülich

LAUFZEIT:
Januar 2019 bis April 2022

PARTNER:

  • SCHUNK GmbH & Co. KG
  • VARTA Storage GmbH
  • Technische Universität München: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)
  • Technische Universität München: Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES)

Ausgangslage:

Energiequellen, wie zum Beispiel Solaranlagen oder Windkraftwerke, benötigen eine zeitliche und räumliche Entkopplung von Energieerzeugung und -verbrauch. Aus diesem Grund werden elektrische Energiespeicher zum Ausgleich von Nachfrageschwankungen eingesetzt, wobei hierfür verschiedene Technologien zum Einsatz kommen. Eine vielversprechende Technologie stellen Lithium-Ionen-Batterien dar. Allerdings gibt es in den Bereichen Konstruktion und Entwicklung, Fertigung und Montage, Betrieb und Wiederverwendung Optimierungspotenzial hinsichtlich der Effizienz.

ZIELE:

Das Ziel des Projekts liegt schwerpunktmäßig in einer wirtschaftlicheren Montage der Energiespeichersysteme. Es soll der gesamte Produktlebenszyklus von der Konstruktion und Entwicklung über die Fertigung, die Montage und die Nutzung bis hin zur Wiederverwendung betrachtet werden. Hinsichtlich Konstruktion und Entwicklung soll das Design der Speichermodule grundlegend neu definiert und optimiert werden. In Kombination mit direkter Funktionsintegration von beispielsweise elektrischen Kontakten und Sensoren soll ein innovatives Konzept ausgearbeitet werden. In der Fertigung und Montage wird ein hoher Automatisierungsgrad angestrebt, um einen automatisierten Assemblierungsprozess zu realisieren, der die Fertigung von unterschiedlichen Modulvarianten erlaubt. Die grundlegenden Fragestellungen der Betriebsphase werden simulativ betrachtet und die Wiederverwendung der Bauteile soll bereits bei der Designerstellung berücksichtigt werden. Es soll eine einfache Demontage und Separierung der Komponenten gewährleistet werden.

Ablauf:

Es müssen die Anforderungen an den innovativen Zellhalter und die erforderliche System- und Anlagentechnik definiert werden. Im Wesentlichen gibt es drei Themenschwerpunkte: Konstruktion und Entwicklung (I), Fertigung und Montage (II) und Betrieb (III). Beim Schwerpunkt Konstruktion und Entwicklung werden unter anderem Konzepte zur effizienten Demontage und Wiederverwendung der Komponenten und Materialien, die Montagegerechtheit, die Spanntechnik und die Funktionsintegration adressiert. Bei der Bearbeitung des Themenkomplexes Fertigung und Montage werden die Mensch-Roboter-Kollaboration für die automatisierte Batteriemodulmontage, die Handhabungstechnik, die direkte Eingliederung einer Inline-Qualitätssicherung und die Fügetechnik genauer betrachtet und untersucht. Um auch den Betrieb der Batteriezellen abzusichern, werden thermische und elektrische Simulationen durchgeführt sowie das Zellversagen simuliert. Es werden mehrere Demonstratoren gefertigt und Tests unterzogen, um diese zu validieren.

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Markus Langer

Leiter Forschungs- und Technologieförderung