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Künstliche Intelligenz kann dabei helfen, den Fertigungsprozess zu optimieren. (Bild: Edelweiss – stock.adobe.com)

Blackstone Technology hat im sächsischen Döbeln eine neue Fabrik gebaut, die von Symate, Dresden, mit der KI-Plattform Detact ausgestattet wird. Diese erfasst Daten aus den Fertigungsprozessen des Batterieherstellers systemübergreifend und analysiert sie mit Künstlicher Intelligenz zentral. So soll bis 2022 eine stabile Serienproduktion der Batteriezellen sichergestellt werden. Um den komplexen, datenintensiven 3D-Druck auch in der Serienfertigung sicher beherrschen zu können, setzt Blackstone auf eine selbst entwickelte Drucktechnologie und auf das Prinzip des Digitalen Zwillings, der mit den von Detact zur Verfügung gestellten Daten aus Prozess, Qualität sowie Umgebung arbeitet.

Prozess für einzelne Energiezellen digital abbilden

Im Werk in Döbeln möchte der Batteriespezialist die anfallenden Datenmengen im laufenden Fertigungsprozess analytisch auswerten und den Prozess auf Basis dieser Daten regeln. Hierfür wird das Unternehmen ein neu entwickeltes Cyberphysisches Produktionssystem (CPPS) einführen. Dieses kreiert auf Basis der Detact-Daten einen digitalen Zwilling für jeden Prozess der einzelnen Energiezellen. Sobald ausreichend analysierte Daten vorliegen, wird der digitale Zwilling trainiert. Ihm wird dann ein individuelles Normalverhalten für die Prozesse vermittelt. Dieses wird dann permanent mit der laufenden Fertigung abgeglichen. Ein angeschlossenes Benachrichtigungssystem schlägt an, sollten Anomalien auftreten. Gleichzeitig zeigt es mögliche Ursachen und Zusammenhänge auf.

Holger Gritzka, Geschäftsführer, Blackstone Technology in Döbeln, weiß um die Vorteile der KI-Plattform für die Batterieproduktion in Döbeln: „In unserer neuen Fabrik produzieren wir eine völlig neuartige Generation von Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien.

Zur Herstellung von Batterieelektroden setzt man im Werk in Döbeln setzt auf ein spezielles 3D-Siebdruckverfahren. Hierbei gibt es unzählige Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Prozessschritten, den komplexen Einstellmöglichkeiten an den Anlagen, den Materialien oder auch den Umgebungsbedingungen, “Es ist sehr schwer, exakte Vorhersagen zu treffen – vor allem über Auswirkungen von Änderungen auf den Prozess und die Qualität. Zudem müssen wir den Prozess lückenlos kontrollieren und in definierten Grenzen steuern. Hierbei reicht das klassische Bauchgefühl nicht aus. Denn: Unsere Serienfertigung ist so komplex und technisch anspruchsvoll, dass Abweichungen zu unbrauchbaren Produkten führen können”, erklärt Grizka.

Demnach können selbst geringfügige klimatische Änderungen in der Produktionsumgebung oder leichte Chargenschwankungen der eingesetzten Ausgangsstoffe Ergebnisse verfälschen. Der Digitale Zwilling ist hier ein Werkzeug, mit dem potenzielle Abweichungen und kritische Einflussgrößen bereits im Vorfeld sichtbar werden.

KI-Plattform Detact optimiert den Prozess

Gritzka ergänzt: „Um unsere anspruchsvollen Prozesse sicher zu beherrschen, setzen wir auf das KI-System Detact als Kernstück unseres neu entwickelten Blackstone Battery Production Systems (BBPS). Mit diesen Technologien können wir unser Druckverfahren in einem sehr engen Prozessfenster laufen lassen, ohne dass die Qualität unserer Batterien leidet. Und wir können den optimalen Prozess unter beliebigen Rahmenbedingungen immer wieder reproduzieren. Genau das werden wir für unterschiedliche Anwendungsfälle in der Produktion nutzen - bspw. für die Qualitätssicherung und die Technologieoptimierung inklusive Visualisierungen und Analysen.“

Technologie für zukünftige Batteriezellen

Die patentierte Technologie zum dreidimensionalen Druck von Batterien wurde eigens entwickelt. Sie ist für die Herstellung von Flüssig-Elektrolyt-Batterien ebenso geeignet, wie für Festkörperbatterien. Im Zusammenspiel mit Detact könne die Produktion nicht nur stabil, sondern auch hoch flexibel (individuelle Prozessgestaltung, unabhängig von Rahmenbedingungen und kundenspezifische Geometrien möglich) gestaltet werden. Zudem wird die Energiedichte der neuartigen Batterien um 20 % erhöht, während die Herstellungskosten im Vergleich zu den derzeit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterietechnologien sinken. Durch den automatisierten Herstellungsprozess lassen sich auch die Investitionskosten um bis zu 70 % senken. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt in der nachhaltigen Reduzierung des Energieverbrauchs durch den Verzicht auf lange Trockenstrecken und giftige Lösungsmittel bei der Elektrodenherstellung.

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