Batteriespeicher für Nutzfahrzeuge | Quelle: iwb München

Im Rahmen des dreijährigen Forschungsprojekts wird eine ökoeffiziente Montagelinie für Hochvolt-Batteriespeicher inklusive Zellkontaktierung für MAN eTrucks in Nürnberg aufgebaut werden. Damit tragen Forschende der WGP (Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik) zur Mobilitätswende in Europa und weltweit bei

 

Dezember 2022 – Batterieelektrische Antriebe behaupten sich im Bus- sowie im Regional- und Verteilerverkehr bereits heute in den Innenstädten. Ab 2024 werden nun auch MAN eTrucks der neusten Generation auf die Straße kommen. MAN hat den Standort Nürnberg im Zuge dessen zu einem Produktions- und Entwicklungsstandort für alternative Antriebe umgebaut. Zur Fertigung und Montage der Batteriespeicher wurde ein eMobility-Technikum eingerichtet, welches langfristig zum Serienproduzenten für Nutzfahrzeug-Batteriespeicher in der Traton-Gruppe ausgebaut wird. Im Zuge der Transformation wird das Produktionssystem im Bereich der Elektromobilität mit innovativen und intelligenten Prozessen im Sinne des Industrie 4.0-Ansatzes weiterentwickelt. Das Vorhaben wird im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts unterstützt, in welchem die WGP-Forschenden der Technischen Universität München (TUM) wissenschaftliche Ansätze im Bereich der Nachhaltigkeitsbewertung und der Batteriezell-Kontaktierung mittels Laserstrahlschweißens erarbeitet und anwendet.

 

Analyse des Lebenszyklus

Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung und Anwendung eines integrierten Produktionsmodells für die variantenreichen Nutzfahrzeugbatteriespeicher in einem frei verketteten, modular aufgebauten Produktionsprozess, welches die Einbindung einer Key Performance-Indikatoren-(KPI)-basierten Ökobilanzrisikobewertung sowie die Überwachung und Steigerung der Nachhaltigkeit des Gesamtproduktes ermöglicht. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TUM konzeptioniert dafür eine modellbasierte Life Cycle Analysis (LCA), um prozessbegleitend die Nachhaltigkeitsbewertung auf Basis des Produktionssystem-Modells durchzuführen. Ebenso werden die Voraussetzungen für eine weitestgehend automatisierte, modellbasierte LCA-Bewertung erforscht.

Anschließend werden mögliche Strategien zur aufwandsarmen Datenerhebung im Produktionsprozess identifiziert und informationstechnische Anforderungen abgeleitet. Zur Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in das operative Produktionsmanagement wird eine Strategie zur Stakeholder-spezifischen Visualisierung der LCA-Bewertung erarbeitet. Im Anschluss daran werden die Ergebnisse der Nachhaltigkeitsbewertung hinsichtlich der damit einhergehenden Gefahren für die Produktion interpretiert. Hierzu werden risikorelevante Kennzahlen identifiziert, potentielle Gefahren systematisiert und ein Bewertungsansatz für die Kennzahlenausprägung erarbeitet. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für die Risikominderung formuliert.

 

Intelligentes Laserstrahlschweißen für langlebige Batteriespeicher

Neben der Fokussierung auf Nachhaltigkeitsaspekte soll im Zuge des Umbauprozesses in einem ehemaligen Motorenprüfstandslabor eine Anlage zum Laserstrahlschweißen mit einem Inline-Qualitätssicherungssystem für die Batteriezell-Kontaktierung aufgebaut werden, wofür das iwb die Konzeptionierung durchführt und ein Lastenheft erarbeitet. Zudem entwickelt das iwb einen Laserstrahlschweißprozess für die anforderungs- und zellindividuelle Kontaktierung der Batteriezellen, um die Lebensdauer des Batteriespeichers zu verbessern. Für das Inline-Qualitätssicherungssystem werden außerdem Algorithmen basierend auf Maschinellem Lernen entworfen, um die Qualität einer jeden einzelnen Kontaktierung zu bestimmen, so dass sicherheitskritische Fehler während des Betriebs und Rückläufer aus dem Feld vermieden werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts wird für den langfristigen Wandel des MAN-Motorenwerks Nürnberg zu einem Produktionsstandort für Nutzfahrzeug-Batteriespeicher somit ein Modell zur Ökobilanzrisikobewertung aufgebaut und angewendet. Ferner wird ein Anlagenkonzept mit einer Inline-Qualitätssicherung zur Kontaktierung von Batteriezellen im Rahmen des Montageprozesses erarbeitet. Die Zusammenarbeit im Rahmen des Projekts begann im Sommer 2022 und wird voraussichtlich bis 2025 andauern.

Ablauf für die Bestimmung einer anforderungs- und zellindividuellen Kontaktierung mittels eines Algorithmus auf Basis des Maschinellen Lernens

Bild1: Ablauf für die Bestimmung einer anforderungs- und zellindividuellen Kontaktierung mittels eines Algorithmus auf Basis des Maschinellen Lernens | Quelle: iwb München

 

 

Beitragsbild: Batteriespeicher für Nutzfahrzeuge | Quelle: iwb München


Weitere Informationen

Unterbeauftragung der MAN Bus & Trucks, Nürnberg im Forschungsprojekt „Ökoeffizientes Batteriemontageverfahren inklusive Zellkontaktierung aufbauend auf ein modular flexibles Anlagenkonzept und Prozessplanung unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeitsrisikobewertung“

 

Ansprechpartner

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)
Technische Universität München

Prof. Michael F. Zäh
Institutsleiter
Tel.: +49 089 289-15501
E-Mail: michael.zaeh@iwb.tum.de

Julia Schulz
Forschungsgruppenleiterin Nachhaltige Produktion
Tel.: +49 089 289-15514
E-Mail: julia.schulz@iwb.tum.de


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