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
