Battery Plant Technologies Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher
(Zellen, Module, Batterien) Hans Stein, Lars Ebert 28.-29.02.2012
ThyssenKrupp System Engineering
ThyssenKrupp: Fokussierter Industriekonzern mit zwei Säulen
ThyssenKrupp Umsatz 42,6 Mrd € • Mitarbeiter 177.000 Steel Europe
Steel Americas
TK Steel Europe CSA • Steel Europe Compass • Processing
Stainless Materials International Services
Nirosta AST NewStar Mexinox Stainless International SKS VDM
Division Materials
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Metals Services Special Services Industrial Services
Elevator ServicesMarine Elevator Plant Components Technology Technology Technology Systems
CENE SEAME AMS AP ES/PBB Accessibility
Uhde Polysius Fördertechnik
System Engineering Transrapid
Rothe Erde Berco Camshafts Steering Forging Group Bilstein-Gruppe Waupaca
Division Technologies
ThyssenKrupp System Engineering
HDW BVN BVSS
ThyssenKrupp System Engineering - Organisation ThyssenKrupp System Engineering Bernd Becker (CEO)
Uta Anders (CFO)
Testing Solutions
Assembly Systems
Car Body Technologies
Forming Dies
Lightweight Solutions
Peter Kohlwig
Jean-Luc Guyon
Josef Görgen
Josef Görgen
Dr. Achim Agostini
• Motortest
• Motormontage
• Karosseriebau
• Werkzeuge
• Karosseriefertigung
• Getriebetest
• Getriebemontage
• Endmontagetechnik
• Prototypen
• Hydroforming
• Achstest
• Achsmontage • Aerospace
•Battery Plant Technologies • Hot Forming
Service 4 Kontinente, 11 Länder, ca. 3.500 Mitarbeiter, ca. 800 Mio. € Umsatz
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ThyssenKrupp System Engineering
ThyssenKrupp System Engineering – Lokale Präsenz
Standort
Service Stützpunkt Vertretung
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Inhaltsverzeichnis
1 Motivation 2 Anforderungen, Beispiele Quelle : SBLiMotive
3 Technikum 4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Energiespeicher – Produktion (Zellen, Module, Batterien) TKSE - Portfolio – Anpassung
Produkt- und Kundenportfolio wurden erweitert
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) TKSE - Leistungsspektrum
Energiespeicher - Produktion Produktions- und Montagesysteme für Zellen, Batteriemodule und Batterien
ThyssenKrupp System Engineering
Engineering
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Fördertechnik-Handling-Lagerung • Simultan. Engineering • Machbarkeitsstudien • Konzeptplanungen • Ausschreibungsunterlagen • Konstruktion • Anlaufbegleitung
Integrierte Qualitätssicherung (IQA) • Material- und Geometriekontrolle • Funktionstest • Parameterkontrolle • Bedienerlogbuch • Fehlermanagementsystem
Schlüsselfertige Produktionsanlagen
• Rollenbahnsysteme • Regalsysteme • Einzelkomponenten • interne Logistik • interne Fördertechnik
• Modularer Aufbau • Produktflexibilität • Stückzahlflexibilität • Ressourceneffizienz • EOL - Test
Service
Digitale Fabrikplanung • Simulation • virtuelle IBN zur Sicherung des SOP
ThyssenKrupp System Engineering
• Schulung / Training • Produktionsbegleitung • Umbauten • Instandhaltung / Wartung / Ersatzteile
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Inhaltsverzeichnis
1 Motivation 2 Anforderungen, Beispiele Quelle : SBLiMotive
3 Technikum 4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Anforderungen, Schwerpunkte Wesentliche Prozessschritte bei der Zell – Produktion
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•
Mixen; Beschichten, Walzen und Zerteilen der Elektroden
•
Stapeln oder Wickeln der Elektroden
•
Fügen der Elektroden, Montage der Zelle
•
Verschließen der Zellhülle
•
Evakuierung, Elektrolytbefüllung, Erstladung, Verschließen
•
Formierung, Altern, EOL – Test Zelle
Trockenatmosphäre 2 – 10 %
Spannungsführend 3 - 4 V
ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Anforderungen, Schwerpunkte Wesentliche Prozessschritte bei der Modul – Produktion
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•
Vereinzeln und Fördern von Zellen
•
Zelleingangsprüfung, Zellsortierung
•
Stapeln bzw. Anordnen der Zellen
•
Herstellen der Modulhülle
•
Umformen und / oder Verbinden der Elektroden
•
EOL – Test Modul
Spannungsführend 3 - 4 V
Spannungsführend 30 – 100 V
ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Anforderungen, Schwerpunkte Wesentliche Prozessschritte bei der Batterie – Produktion •
Stapeln bzw. Anordnen von Modulen
•
Montage von Schläuchen und Kabeln
•
Montieren und Verschließen der Packhülle
•
EOL – Test Batterie
. . .
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Spannungsführend 30 – 100 V
Spannungsführend 300 – 400 V
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Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Montage von Zellen
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Montage von Modulen
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Montage von Modulen
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Formierung von Zellen
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Inhaltsverzeichnis
1 Motivation 2 Anforderungen, Beispiele Quelle : SBLiMotive
3 Technikum 4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
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Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Technikum
Forschung & Entwicklung Anlagenbau
Trockenraum (Mixen, Beschichten, Walzen, Teilen u.a.) Montagekabinen
(Schweißen, Handling u.a.)
Applikationsflächen (Test von Kundenanlagen)
Planetenwickeleinheit
Geometrieabgleich (geregelter Antrieb) optional Drehbewegung des Kernes (geregelter Antrieb)
Katode Separator
spreizbarer Kern
Andrückrolle
winkel alfa immer größer 0° zur Absicherung beim Richtungswechsel
Abwickeln (geregelter Antrieb) Separator
Anode Bewegung der Planeten als Gruppe (geregelter Antrieb)
Kernwelle ist durchgehend mit Teilung zur Entnahme der fertigen Rollen
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ThyssenKrupp System Engineering
Wickeleinheit ist axial verschiebbar zum nächsten Kern
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Technikum
Forschung & Entwicklung Anlagenbau
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Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Thermographie zur Nahtkontrolle für Al- und Cu-Werkstoffe
Forschung & Entwicklung Anlagenbau
Temperature (in °C)
Vergleich Abkühlverhalten
Zeit (in ms) gut Qualität
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Luftspalt
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Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Wissenschaftliche Partner Fördermittel für partielle Problemstellungen
Forschung & Entwicklung Anlagenbau
ThyssenKrupp SAB Sächsische Aufbaubank
Wissenschaftliche Zusammenarbeit Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS – Dresden
Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme Dresden
Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz
TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
TU Chemnitz, Fakultät Maschinenbau, Professur Technische Thermodynamik
INPRO Innovationsgesellschaft mbH Berlin
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Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Inhaltsverzeichnis
1 Motivation 2 Anforderungen, Beispiele Quelle : SBLiMotive
3 Technikum 4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
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ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien) Zusammenfassung
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Der Markt entwickelt sich derzeit sehr dynamisch und hat voraussichtlich unterschiedliche Steigerungsraten bis 2015 und nach 2015.
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Die technischen Entwicklungen der Zellen, Module und Batterien sind bei weitem noch nicht abgeschlossen. Neben der Kostenreduzierung wird auch intensiv an der Verbesserung des Masse – Leistungsverhältnisses gearbeitet. In diesem Zusammenhang muss auch die „Montagefreundlichkeit“ verbessert bzw. erreicht werden.
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Zur Absicherung der im Automotive – Bereich gesteckten Ziele sind weitere neue Produktionsanlagen erforderlich, die ggf. in logistisch optimaler Reichweite von der Endmontagestelle errichtet werden.
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Die produktbezogenen Anforderungen an Produktionsanlagen sind weitgehend bekannt und bedingt umsetzbar. Zur Optimierung und Absicherung sind weitere F&E Arbeiten erforderlich.
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Als ganzheitliche Betrachtung sind neben der Ressourceneffizienz der Produktionsanlagen auch für das Recycling bzw. den Rückbau von Zellen, Modulen und Batterien mechanisierte und automatisierte Verfahrens- und Anlagenkonzepte zu entwickeln.
ThyssenKrupp System Engineering
Industrielle Produktionsanlagen für Energiespeicher (Zellen, Module, Batterien)
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
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Hans Stein Leiter Forschung & Entwicklung
Dr. Lars Ebert Projektleiter - Battery Plant Technologies
ThyssenKrupp System Engineering GmbH Zeißigstraße 12 09337 Hohenstein-Ernstthal Telefon/Phone: +49 (0)3723 / 62352 E-Mail:
[email protected]
ThyssenKrupp System Engineering GmbH Zeißigstraße 12 09337 Hohenstein-Ernstthal Telefon/Phone: +49 (0)151 / 14668548 E-Mail:
[email protected]
ThyssenKrupp System Engineering