InnoCase

Innovative Gehäusekonzepte für großformatige Lithium-Ionen-Batterien

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.02.2019 bis 31.01.2022
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 2.519.183,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Förderkennzeichen: 03XP0207A

Manz AG
72768 Reutlingen
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Teilprojekt 2

Auslegung Zelle

Förderkennzeichen: 03XP0207B

ElringKlinger AG
72581 Dettingen an der Erms
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Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 03XP0207C

Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH
71254 Ditzingen
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Teilprojekt 4

Förderkennzeichen: 03XP0207D

Futavis GmbH
52477 Alsdorf
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Teilprojekt 5

Förderkennzeichen: 03XP0207E

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Fakultät für Maschinenwesen - Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components
52074 Aachen
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Teilprojekt 6

Förderkennzeichen: 03XP0207F

Technische Universität München, Fakultät für Maschinenwesen - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften
85748 Garching
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Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik
80333 München
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Fördergeber: BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Lithium-Ionen-Zellen sind die Schlüsselkomponente für einen Erfolg der Elektromobilität. Die zellinternen Komponenten sind von einem Gehäuse umgeben, an das vielfältige Anforderungen gestellt werden. So ist das Zellinnere von äußeren Einflüssen zu schützen und gleichsam der Schutz vor Austritt der zellinternen, zum Teil giftigen und brennbaren Stoffe unerlässlich. Zudem muss das Zellgehäuse die Kühlfunktion übernehmen, Anforderungen bzgl. der Modulintegrierbarkeit erfüllen und möglichst kostengünstig und aufwandsarm fertigbar sein. Ansätze des „Design for Assembly“ und des „Design for Manufacturing“ (DfA/DfA) finden derzeit kaum Berücksichtigung.
Aktuell basiert die Zellherstellung auf den konventionellen, bereits etablierten Zellbauformen (Pouch-Zellen oder Hardcase-Zellen). Für eine hohe spezifische Energie einer Lithium-Ionen-Batterie ist generell ein möglichst großes Verhältnis zwischen der gespeicherten Energie und der Gehäusemasse, sowohl auf Zell-, als auch auf Modulebene elementar. Dies kann insbesondere durch großformatige Gehäusekonzepte realisiert werden, die nach aktuellem Stand der Technik weitestgehend unerforscht sind. Die Produktion und die Nutzung großformatiger Lithium-Ionen-Zellen sind weiterhin derzeit noch mit hohen Herausforderungen verbunden, die sowohl produktions- und montagetechnischer Natur sind, als auch die Sicherheit und die Kühlung des Zellstapels betreffen.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Im Fokus des Projekts InnoCase steht die Erforschung und Entwicklung neuartiger Gehäusekonzepte, welche die Vorteile herkömmlicher Gehäusetypen vereinen. Die beteiligten Produktionsprozesse sollen im Projekt ebenfalls (weiter-)entwickelt werden. Da großformatige Lithium-Ionen-Zellen erhöhte Anforderungen an die Zellauslegung stellen (Temperaturverteilung, Stromleitung über große Elektrodenflächen, Sicherheitseigenschaften), ist die numerisch gestützte Zellauslegung ein weiterer Projektschwerpunkt. Diese Herausforderungen werden im Projekt InnoCase in einem Konsortium aus Industrie und Forschung adressiert, das Partner entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Lithium-Ionen-Zellen-Gehäusen beinhaltet. Im Fokus des Projekts InnoCase steht die Senkung der Herstellungskosten von Lithium-Ionen-Zellen durch die Erforschung und Entwicklung innovativer, großformatiger Gehäusekonzepte, welche die Vorteile herkömmlicher Gehäusetypen vereinen. Durch eine vereinfachte Zellmontage, die Substitution und Vereinfachung von Fügeprozessen und eine verbesserte Modulintegrierbarkeit, sind Einsparungen bei den Produktionskosten der Lithium-Ionen-Zellen zu erwarten. Die Festlegung der Elektrodenaktivmaterialien sowie des Separators und eines geeigneten Elektrolyten erfolgen bereits früh im Projekt, da hier auf Standardmaterialien zurückgegriffen wird. Innerhalb der Konzeptphase werden prototypische Zellen hergestellt, wobei nach zwei Projektjahren die Definition des finalen Zellkonzepts erfolgt. Von diesem Zelltyp werden im Anschluss Zellen produziert, die abschließend zu einem Modul assembliert werden. Die Validierung dieses Moduls, das auch über ein neu entwickeltes Batteriemanagementsystem (BMS) verfügt, stellt den Abschluss des Projekts dar. Projektübergeordnet wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Batteriemodule mit großformatigen Batteriezellen werden zukünftig in zahlreichen Branchen, insbesondere aber im Elektromobilitätssektor, eingesetzt werden. Damit die deutsche Industrie in diesem aussichtsreichen Markt ihre Konkurrenzfähigkeit sicherstellen kann, ist das Projekt InnoCase von ausgesprochen hoher Wichtigkeit. Bei einer erfolgreichen Umsetzung kann dem Markt die Anlagentechnik, die sich für die Fertigung von größeren Zellen eignet, bereitgestellt werden. Weiterhin können optimierte Gehäuse für großformatige Zellen ausgelegt und deren Herstellbarkeit im Rahmen von Musterteilen bestätigt werden. Damit kann die Nachfrage aufgrund des technologischen Trends nach immer größer werdenden Zellen gedeckt werden und die Wettbewerbsfähigkeit im wachsenden Markt der Elektromobilität und dem der stationären Energiespeicher sichergestellt werden. In zahlreichen Produktionsanlagen für Lithium-Ionen-Zellen kommen derzeit lasertechnische Installationen zum Einsatz, sodass hier von einem weiteren großen Potential ausgegangen werden kann. Neben einer Umsetzung der Forschungsergebnisse im PKW-Sektor ist ebenfalls eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den gesamten Automobilmarkt bzw. Elektromobilmarkt denkbar. Ein besonderer Mehrwert könnte für den Nutzfahrzeugsektor geschaffen werden, da die Energiespeicher im Vergleich zu PKW deutlich größer sind. Durch die Wirtschaftlichkeitsbewertung der großformatigen Zelle wird gewährleistet, dass das neue Zellformat eine realistische Kostenbewertung erfährt, was zur Marktakzeptanz beitragen kann. Darüber hinaus sollen durch die wirtschaftliche Betrachtung die Kosten des Zellformats hinsichtlich des gesamten Lebenszyklus aufgezeigt werden. Dies hilft potenziellen Anwendern, das Potential der Technologie abzuleiten und für ihre Anwendung in Betracht zu ziehen.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil, Undefiniert

Förderempfänger

Industrie, undefiniert, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

Förderempfänger

Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Förderempfänger

Industrie Zulieferer Automobil

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Förderempfänger

Industrie

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Teilprojekt 5

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 6

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Verbundprojektleiter

Herr Dr. Maximilian Wegener
Manz AG
Produktmanagement
Steigäckerstr. 5
72768 Reutlingen

Telefon: +49 7121 9000-6283
Fax: +49 7121 9000-99
E-Mail: mwegener@manz.com


Pressekontakt

Herr Axel Bartmann
Steigäckerstr. 5
72768 Reutlingen
Telefon: +49 7121 9000-0
E-Mail: info@manz.de
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