Industrielle Energiespeicher-Produktion: Zellen, Module

Transcrição

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
2
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
HDW
BVN
BVSS
ThyssenKrupp System Engineering - Organisation
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
3
ThyssenKrupp System Engineering – Lokale Präsenz
Standort
Service Stützpunkt
Vertretung
4
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
5
Industrielle Energiespeicher – Produktion (Zellen, Module, Batterien)
TKSE - Portfolio – Anpassung
Produkt- und Kundenportfolio
wurden erweitert
6
TKSE - Leistungsspektrum
Energiespeicher - Produktion
Produktions- und Montagesysteme für Zellen, Batteriemodule und Batterien
Engineering
7
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
• Schulung / Training
• Produktionsbegleitung
• Umbauten
• Instandhaltung /
Wartung / Ersatzteile
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
Quelle : SBLiMotive
3 Technikum
4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
8
Anforderungen, Schwerpunkte
Wesentliche Prozessschritte bei der Zell – Produktion
9
•
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
Wesentliche Prozessschritte bei der Modul – Produktion
10
•
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
Wesentliche Prozessschritte bei der Batterie – Produktion
•
Stapeln bzw. Anordnen von Modulen
•
Montage von Schläuchen und Kabeln
•
Montieren und Verschließen der Packhülle
•
EOL – Test Batterie
.
.
.
11
Montage von Zellen
12
Montage von Modulen
13
Montage von Modulen
14
Formierung von Zellen
15
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
Quelle : SBLiMotive
3 Technikum
4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
16
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
Katode
Separator
spreizbarer Kern
Andrückrolle
winkel alfa immer größer 0°
zur Absicherung beim
Richtungswechsel
Abwickeln
Separator
Anode
Bewegung der Planeten
als Gruppe
Kernwelle ist durchgehend mit
Teilung zur Entnahme der fertigen Rollen
17
Wickeleinheit ist axial verschiebbar
zum nächsten Kern
Technikum
Forschung
& Entwicklung
Anlagenbau
18
Thermographie zur Nahtkontrolle für Al- und Cu-Werkstoffe
Forschung
& Entwicklung
Anlagenbau
Temperature (in °C)
Vergleich Abkühlverhalten
Zeit (in ms)
gut Qualität
19
Luftspalt
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
20
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
Quelle : SBLiMotive
3 Technikum
4 Zusammenfassung
Quelle : Saft
Quelle : Gaia
Quelle : Kokam
21
Zusammenfassung
22
1
Der Markt entwickelt sich derzeit sehr dynamisch und hat voraussichtlich unterschiedliche
Steigerungsraten bis 2015 und nach 2015.
2
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.
3
Zur Absicherung der im Automotive – Bereich gesteckten Ziele sind weitere neue Produktionsanlagen
erforderlich, die ggf. in logistisch optimaler Reichweite von der Endmontagestelle errichtet werden.
4
Die produktbezogenen Anforderungen an Produktionsanlagen sind weitgehend bekannt und bedingt
umsetzbar. Zur Optimierung und Absicherung sind weitere F&E Arbeiten erforderlich.
5
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.
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
23
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]

Industrielle Energiespeicher-Produktion: Zellen, Module

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