Die Herstellung von Batteriezellen ist durch eine komplexe Prozesskette mit vielfältigen Beziehungen zwischen Prozess- und Struktureigenschaften gekennzeichnet. Die Verknüpfung der einzelnen Schritte führt zu komplexen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Ebenen der Prozess- und Strukturparameter. Die Prozessparameter der einzelnen Fertigungsschritte haben Einfluss auf die resultierenden Strukturen innerhalb der Batterie. Diese Strukturen haben einen signifikanten Einfluss auf die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie. Gleichzeitig entstehen in jedem Fertigungsschritt Produktionsunsicherheiten, die sich entlang der Prozesskette ausbreiten und die elektrochemischen Eigenschaften beeinflussen. Schließlich hat es Auswirkungen auf die Qualität und die Kosten der Batteriezelle.
Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt Sim2Pro, das die Elektrodenproduktion mit drei gekoppelten Prozessmodellen untersucht hat, wird die daraus resultierende Plattform für die Simulation in der Batteriezellenproduktion erweitert. Der Schwerpunkt wird auf der Integration neuer und detaillierterer Prozessmodelle und der Verbesserung der Kopplung zwischen Prozesskettensimulation und Batteriezellensimulation liegen. Die Integration weiterer Prozessmodelle wird auch den Umfang der betrachteten Strukturparameter erhöhen. Darüber hinaus wird die gekoppelte Produktionsproduktsimulation es ermöglichen, die Auswirkungen von Prozessschwankungen innerhalb der Produktion auf die Eigenschaften der hergestellten Batteriezellen zu untersuchen. Dies ist für die industrielle Serienfertigung von Batteriezellen von großer Bedeutung, da die Reduzierung von Prozessschwankungen in der Regel mit hohen Kosten verbunden ist.
Projektwebsite: https://www.prozell-cluster.de/projekte/sim4pro/
Förderkennzeichen: 03XP0242B, Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
Technische Universität Braunschweig
Karlsruher Institut für Technologie
Technische Universität München
Die Digitalisierungsplattform adressiert mit ihrem interdisziplinären Projektkonsortium die hohe Komplexität der Batteriezellproduktion. Durch die Verknüpfung von Prozesskette und Batteriezellensimulation wird die Generierung eines tieferen Verständnisses der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen angestrebt. Durch die engere Verknüpfung der Modellteile wird der Einsatz von mathematischen Methoden zur robusten Optimierung und Sensitivitätsanalyse ermöglicht. Im Einzelnen ist das IWF für die Integration vorhandener Modelle und Simulationen in eine digitale Plattform verantwortlich und erstellt die Prozesskettensimulation zur Beschreibung der Prozess-Struktur-Beziehungen entlang der Prozesskette. Die daraus resultierenden Ergebnisse bilden die Basis für Prozess-Kosten- sowie Prozess-Ressourceneffizienz-Funktionen und ermöglichen eine umfassende ökologische und ökonomische Bewertung.