FormEL

 

Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen der Formierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung

Motivation und Vorgehen

Die ersten Lade- und Entladezyklen einer Lithium-Ionen-Batterie während der Formierung haben einen entscheidenden Einfluss auf die Performance, Alterung und Sicherheit der Batteriezelle. Nach dem Aging werden anschließend im End-of-Line-Test (EOL) die Zellqualitätsparameter Kapazität, Impedanz, Innenwiderstand und Selbstentladung final bestimmt und auf eine Lage innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters geprüft. Diese Schritte sind kosten- und zeitintensiv. Ziel des Forschungsvorhabens zur Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen für die Zellformierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamt-prozessoptimierung (FormEL) ist daher die Optimierung und Zusammenführung der finalen Produktionsschritte von Lithium-Ionen-Batteriezellen. In dem Projekt sollen 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. Es wird zusätzlich ein modulares Warenträgerkonzept zur Zusammenführung des Formierungsprozesses und des EOL-Tests entwickelt, das mit geringen Umrüstaufwänden verschiedene Batteriezellvarianten (Batteriezellmaße und -formate) abdecken kann sowie die notwendige Mess- und Regelungstechnik beinhaltet. Durch experimentelle Untersuchungen sollen diese Optimierungsansätze analysiert und validiert werden.

Forschungsziele

In diesem Forschungsvorhaben sind mehrere Arbeitsziele definiert. Zum einen soll die Zellqualität gesteigert werden. Dabei werden durch physikalische Modelle die elektrochemischen Vorgänge während der Formierung und des EOL-Tests abgebildet, 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 -zeit reduziert werden. Die Senkung der Prozesszeit wird durch die modellbasierte Optimierung der Einzelprozesse angestrebt. Die schnellere Prozesszeit durch die Funktionsintegration der beiden Prozessschritte führt einerseits zur Senkung der Energiekosten pro Zelle und ermöglicht andererseits die Steigerung des Produktionsdurchsatzes, wodurch die Fixkosten pro Zelle reduziert werden. Die notwendige Messtechnik für die Formierung inkl. EOL-Test soll in einem flexiblen Warenträger für mehrere Zellen und spätere Batteriezellgenerationen umgesetzt werden.

Forschungs- und Projektpartner

  • elenia - Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen der TU Braunschweig (Projektkoordinator)
  • MEET- Münster Electrochemical Energy Technology Forschungszentrum
  • InES - Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik der TU Braunschweig
  • EES - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES) der Technischen Universität München

Laufzeit

01.08.2020 – 31.07.2023

Förderkennzeichen

03XP0296C

Zuwendungsgeber

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektträger

Projektträger Jülich (PtJ) | Forschungszentrum Jülich GmbH

Weiterführende Informationen finden Sie in unserer Pressemitteilung.

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