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Chao Zhang, M.Sc.

Bild von Chao Zhang
Contact
chao.zhang(at)tu-braunschweig.de

Institute of Machine Tools and Production Technology
Langer Kamp 8
38106 Braunschweig 
Germany

Office: 4. OG, Room 411

 

Fields of research

  • Digitalization of battery production
  • In-line measurement methods to characterize battery performance
  • Data analytics and machine learning in battery production
  • Analysis of the eco-efficiency of battery production

Current research projects

  • NanoBat - GHz nanoscale electrical and dielectric measurements of the solid-electrolyte interphase and applications in the battery manufacturing line
  • NEWBIE - Next gEneration poWer BatterIEs

Teaching

  • Supervision of student projects
  • Assistance of the lecture Produktionsplanung und -steuerung

Student theses

Verschiedene Arbeiten in den Themengebieten "Modellierung und Simulation", "Materialflussanalyse", und "Ökobilanzierung" in der Batterieproduktion

Für die nächsten Jahre ist mit einem starken Marktwachstum für Batteriezellen zu rechnen, da diese eine Schlüsselrolle in der Transformation des Automobil- und Energiesektors spielen. Der Herstellungsprozess jedoch ist charakterisiert durch starke Schwankungen in Prozess- sowie Produktqualität. Dies resultiert in erhöhten Ausschussraten mit bis zu 40 % und finalen Batteriezellen mit unterschiedlichen Performance-Eigenschaften, weswegen adäquate Qualitätsmanagementstrategien immer wichtiger werden. Besonders durch den hohen Anteil der Materialkosten an den Gesamtkosten einer Batteriezelle werden hohe Ausschussraten direkt monetär sichtbar. Darüber hinaus können Qualitätseigenschaften einer Batteriezelle immer erst am Ende der Prozesskette analysiert werden. Dementsprechend wird bei minderwertigen Zellen viel Material und damit verbunden auch Energie verschwendet.

 Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen des Projektes "NEWBIE" folgende Forschungsthemen angeboten:

1. Untersuchung der Kombinationsmöglichkeiten von Simulationsmodellen mit Methoden der Ökobilanzierung

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Recherche zum Thema Kombinationsmöglichkeiten von Simulationsmodellen und Ökobilanzierung vor dem Hintergrund der Batteriezellfertigung durchgeführt und ein Konzept für eben jene Kombination entwickelt werden. Die Ökobilanzierung soll dabei aus Perspektive eines Cradle-to-Grave-Ansatzes berücksichtigt werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen, welche durch das Konzept gewonnen werden können, sollen geeignete Handlungsoptionen zur Entscheidungsunterstützung aufgezeigt werden, um abschließend das Konzept zu analysieren und zu diskutieren.

2. Gegenüberstellung verschiedener Prozessrouten innerhalb der Batteriezellproduktion anhand einer Materialflussanalyse

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Konzept zur Materialflussanalyse in der Batteriezellproduktion entwickelt werden. Dieses soll, basierend auf Daten vergangener Produktionschargen, verschiedene Prozessrouten (z.B. verschiedene Aktivmaterialien) hinsichtlich produktionsrelevanter Informationen, wie u.a. die Produktionsausschüsse, produktionsbezogene Energieverbräuche sowie Verbräuche der gesamten technischen Gebäudeausstattung (TGA) gegenüberstellen. Diese Parameter haben einen erheblichen Einfluss auf die entstehenden Umweltauswirkungen. Zur Minimierung dieser Auswirkungen bedarf es geeigneter Analysen als Basis zur Entscheidungsunterstützung. Dafür bietet sich die Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment – kurz: LCA) an.

3. Gegenüberstellung verschiedener Prozessrouten innerhalb der Batteriezellproduktion anhand von Methoden der Modellierung/Simulation

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Modell entwickelt und prototypisch implementiert werden, welches/r basierend auf der Prozesskette der Batteriezellfertigung und dazugehöriger Maschinen-parameter verschiedene Prozessrouten (z.B. verschiedene Aktivmaterialien) hinsichtlich Ausschuss und Energieverbrauch gegenüberstellen kann. Dafür sollen durch das Modell verschiedene Szenarien simuliert und ausgewertet werden. Aufbauend auf den Erkenntnissen, welche durch das Modell gewonnen werden können, sollen dann Handlungsoptionen zur Entscheidungsunterstützung aufgezeigt werden. Abschließend ist das Modell zu analysieren und in Hinblick auf Materialverbrauch bzw. Ausschuss und Energieverbrauch zu diskutieren.

Bei Interesse an den Themen würde ich mich über eine Mail an chao.zhang@tu-braunschweig.de freuen.


Type:

Subjects: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Elektromobilität, etc.
Start of thesis: sofort
Last change: 11/3/2022

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