PowerCaps bereit zur Produktion

Auch das noch: Der Tag ist eine einzige Hetzerei, und nun ist zu allem Überfluss der Akku des Elektro­autos nahezu leer. Es heißt also, eine längere Pause einzulegen, bis er wieder vollgeladen ist. Ganz anders verhält sich das bei Kondensatoren, sie laden sich in Sekunden­schnelle auf. Allerdings haben sie dafür ein anderes Manko: Sie können nur wenig Energie speichern.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktions­technik und Automatisierung IPA in Stuttgart entwickeln im vom Wirtschafts­ministerium Baden-Württemberg geförderten Projekt FastStorageBW II gemeinsam mit ihren Kollegen des Batterie­herstellers Varta AG und anderen Partnern einen leistungs­starken Hybrid-Speicher, der die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien und Super­kondensatoren vereint. „Die PowerCaps haben eine ähnlich hohe spezifische Kapazität wie Blei­batterien, mit zehn bis zwölf Jahren eine hohe Lebens­dauer und lassen sich fast so schnell aufladen wie ein Super­kondensator, also in wenigen Sekunden”, erläutert Joachim Montnacher, Geschäfts­feld­leiter Energie am IPA. Die PowerCaps lassen sich zudem bis zu einer Temperatur von 85 Grad Celsius einsetzen. Sie überstehen hundert Mal mehr Lade­zyklen als konventionelle Batterie­systeme und halten ihre Ladung über mehrere Wochen – ohne nennenswerte Verluste durch Selbst­entladung.

Die Forscher vom IPA widmen sich dabei vor allem der Produktions­technik. Denn soll eine neue Batterie­produktion aufgebaut werden, gilt es, das entsprechende Prozess­wissen optimal umzusetzen. Um die komplette Fertigung aufzubauen, muss der Unternehmer viele Millionen Euro in die Hand nehmen. „Wir ermöglichen den Batterie­herstellern, einen Zwischen­schritt zwischen Labor­fertigung und Groß­serien­fertigung einzubauen – quasi eine Klein­serien­produktion”, sagt Montnacher. „Auf diese Weise können wir ideale Voraus­setzungen für die Groß­serien­produktion schaffen, die Prozesse optimieren und die Produktion von Anfang an auf Industrie 4.0 auslegen. Und damit letztendlich einen Wettbewerbs­vorteil für die Unternehmen erzielen.” Ein weiterer Vorteil: Die Ramp-up-Zeit – also die Zeit, die man zum Hoch­fahren der Produktions­linie benötigt – sinkt um mehr als fünfzig Prozent.

Für die neuartige Kleinserienproduktion kombinieren die Forscher gewisse Produktions­abfolgen sinnvoll. Allerdings sind dabei nicht alle Anlagen mit­einander verbunden – zumindest was die Hardware betrifft. Vielmehr trägt ein Mitarbeiter die Chargen von einer Maschine zur nächsten. Schließlich geht es nicht darum, möglichst viele Produkte in möglichst geringer Zeit herzustellen, sondern darum, ein möglichst umfassendes Verständnis für den Prozess zu entwickeln. Das heißt beispielsweise, Fragen zu klären wie: Bekommt man die gewünschte Qualität reproduzierbar hin? Die Anlagen sind dabei möglichst flexibel ausgelegt, sie lassen sich somit für verschiedene Produktions­varianten nutzen.

Was die Software angeht, so sind die Anlagen sehr wohl miteinander vernetzt. Zudem sind sie ebenso wie Prozess­cluster mit zahlreichen Sensoren bestückt. Auf diese Weise wissen die Cluster, welche Daten für die jeweiligen Prozess­schritte erfasst werden. Sie kommunizieren miteinander und speichern die Ergebnisse in einer Cloud. Somit können Forscher und Unternehmer schnell analysieren, welche Faktoren die Produkt­qualität beeinflussen. Wie ist es um die Fähigkeit zur Industrie 4.0 bestellt? Wurden die richtigen Sensoren ausgewählt? Liefern sie die erhofften Daten? Wo sind Anpassungen nötig? Die Forscher am IPA bringen ihr Know-how jedoch nicht nur im Bereich Produktions­technik ein. Sie entwickeln darüber hinaus Geschäfts­modelle zur Vermarktung der Batterie­zellen, analysieren die Rohstoff­lage und optimieren das spätere Recycling der PowerCaps.

Fh.-Ges. / DE