Echtzeiterkennung von gesundheitszustandsrelevanten Prozessen in Lithiumionenbatterien durch KI-gestützte Charakterisierung zur ressourceneffizienten Erschließung des Nachnutzungspotenzials
Förderung: BMBF
Laufzeit: 01/23 - 12/25
Abstract:
Das Projekt KI2L ist ein Verbundprojekt mehrer Institute und Firmen, das eine Zweitnutzung von Batteriestacks der Elektromobilität in stationären Anwendungen vorantreiben soll. Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung eines fertigungstechnischen Trenn- und Fügekonzepts für den Austausch vorgealterter Lithium-Ionenzellen. Da einzelne Zellen in Batteriestacks unterschiedlich schnell altern, soll durch eine Reprozessierung eine zweite Nutzungsphase in stationären Energiespeicheranwendungen ermöglicht werden.
Die Verbindung der Einzelzellen ist durch miteinander verschweißte Zellableiter gegeben. Um Batterieelemente voneinander zu trennen, muss daher ein Konzept zum automatisierten Trennen und Fügen an dieser Verbindungsstelle erarbeitet werden. Nach einer werkstofflichen Untersuchung der gängigen Zellableiterverbindungen "Prismatische Zellen", "Pouch-Zellen" und "Rundzellen" werden das Lasertrennen, wo nötig unter Zugaber verschiedener Prozessgase, sowie alternativ das robotergestützte Fräsen dieser Fügeverbindungen erprobt. Beim Fügen kommt das Laserschweißen in Betracht, wobei der Einfluss Prozesskenngrößen (Vorschub, Leistung und Schutzgas) sowie die die Nahtvorbereitung untersucht wird. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass sich durch das Lasertiefschweißen Fügeverbindungen reproduzierbar herstellen lassen, mit dem Lasertrennen konnten zudem Zellableiter mit niedrigem Energieeinsatz sicher getrennt werden.
Parallel dazu wird die Automatisierung der Trenn- und Fügevorgänge vorbereitet. Hierzu kommen basierend auf hochauflösenden 3D-Scans einerseits Offline-Verfahren mit Generierung von Werkzeugpfaden in einer CAD-Umgebung, andererseits wird ein Online-Ansatz mit automatiserter Bilderkennung und dem Einsatz von Abstandssensorik zusammen mit dem Industriepartner AIM Systems entwickelt.
In Zusammenarbeit mit der AIM Systems wird zudem ein Sicherheitskonzept erarbeitet, das als Basis für eine spätere Arbeit an realen, nicht entladenen Batteriestacks dient. Somit schafft das Projekt die technologischen und sicherheitstechnischen Voraussetzungen, um Batteriestacks automatisiert für eine Zweitnutzungsdauer zu reprozessieren.