FormEL

 

PEM soll letzte Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batterien optimieren

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen widmet sich im Forschungsprojekt „FormEL“ der Optimierung und Zusammenführung der finalen Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Hintergrund ist, dass die ersten Lade- und Entladezyklen einer Lithium-Ionen-Batterie während der Formierung einen entscheidenden Einfluss auf die Performance, die Alterung und die Sicherheit der Zelle hat. Nach dem „Aging“ werden im End-of-Line- (EoL-) Test die Zellqualitätsparameter Kapazität, Impedanz, Innenwiderstand und Selbstentladung final bestimmt und auf eine Lage innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters geprüft. Diese Schritte sind bislag kosten- und zeitintensiv.

Physikalische Modelle für elektrochemische Vorgänge

Im Projekt „FormEL“ sollen daher physikalische Modelle die elektrochemischen Vorgänge während der Formierung und des EoL-Tests abbilden, um Wechselwirkungen und Prognosen hinsichtlich der Zelleigenschaften in Abhängigkeit der Formierprozedur abzuleiten. Zusätzlich soll ein modulares Warenträgerkonzept zur Zusammenführung des Formierungsprozesses und des EoL-Tests entwickelt werden, das mit geringem Umrüstungsaufwand verschiedene Batteriezellvarianten abdecken kann sowie die notwendige Mess- und Regelungstechnik beinhaltet. Durch experimentelle Untersuchungen sollen diese Optimierungsansätze analysiert und validiert werden.

Steigerung der Zellqualität und Reduktion der Prozesszeit

Das Forschungsvorhaben vereint auf diese Weise mehrere Ziele miteinander. Zum einen soll die Zellqualität gesteigert werden, indem besagte physikalische Modelle die elektrochemischen Vorgänge während der Formierung und des EoL-Tests abbilden, um Wechselwirkungen und Prognosen hinsichtlich der Zelleigenschaften in Abhängigkeit der Formierprozedur abzuleiten. Die sensitiven Parameter sollen modellbasiert optimiert werden und so zur Verbesserung der Zelleigenschaften und Diagnosegüte des EoL-Tests führen. Zum anderen sollen die Prozesskosten und die Prozesszeit reduziert werden. Die Senkung der Dauer wird durch die modellbasierte Optimierung der Einzelprozesse angestrebt. Die schnellere Prozesszeit durch die Funktionsintegration der beiden Verfahrensschritte führt zur Senkung der Energiekosten pro Zelle und ermöglicht die Steigerung des Produktionsdurchsatzes, wodurch sich die Fixkosten pro Zelle reduzieren lassen. Die notwendige Messtechnik für die Formierung inklusive EoL-Test soll in einem flexiblen Warenträger für mehrere Zellen und spätere Batteriezellgenerationen umgesetzt werden.

Das Vorhaben ist ein Begleitprojekt des vom Bund geförderten Kompetenzclusters ProZell. Weiterführende Informationen zu „FormEL“ sind in dieser archivierten Pressemitteilung zu finden.

 

Das Projekt

• „FormEL“: Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen der Formierung und des End-of-Line-Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung

Forschungsziele

• Steigerung der Zellqualität
  • Abbildung der elektrochemischen Vorgänge während der Formierung und des EoL-Tests durch physikalische Modelle zur Ableitung von Wechselwirkungen und Prognosen hinsichtlich der Zelleigenschaften in Abhängigkeit der Formierprozedur
  • Modellbasierte Optimierung der sensitiven Parameter zur Verbesserung der Zelleigenschaften und der Diagnosegüte des EoL-Tests
• Reduktion der Prozesskosten und Prozesszeit
  • Modellbasierte Optimierung der Einzelprozesse

Forschungs- und Projektpartner

PEM der RWTH Aachen
Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme (elenia) (TU Braunschweig) (Projektkoordinator)
Münster Electrochemical Energy Technology (MEET) (WWU Münster)
Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES) (TU Braunschweig)
Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES) (Technische Universität München)

Laufzeit

01.08.2020 bis 31.07.2023

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ)

Förderkennzeichen

• 03XP0296C

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)