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ELABO GmbH

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 511: Neue Werkstoffe, Nanotechnologie; KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 523: Werkstoffinnovationen, Batterie; Hereon, KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 525: Batterieforschung; KIT

Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt

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Ziel des Projekts ENLARGE ist eine flexible, vernetzte und adaptive Batterieproduktion. Basierend auf existierenden Standards wie EPCIS & CBV, ISO/IEC 19987 & ISO/IEC 198988, OPC UA und den zughörigen branchenspezifischen Companion Specifications (CS) wird eine Art „Meta-Standard“ geschaffen. Dieser verbindet existierende Standards, erweitert diese um neue, bisher unbeschriebene Elemente und beschreibt das Zusammenspiel aller relevanten Komponenten. Am Ende des Projektes stehen Unternehmen und Forschenden damit eine Aufstellung relevanter Parameter in der Produktion, ihre standardkonforme Beschreibung, sowie Implementierungen von Referenzkomponenten für die Nutzung, Integration und das Retrofitting zur Verfügung.
Assoziierte Partner sind die Siemens AG, die SAUERESSIG Group, die NanoFokus AG, die Sick AG und die Maschinenbau Kitz GmbH.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ (jüngster Zugriff: 26.07.2024)

Der Grundaufbau der Arbeiten ist gegeben durch die aggregierenden und konzeptionellen Arbeiten (Arbeitspaket 2) und deren Implementierungen (Arbeitspaket 3), die bereits direkt in das erste Ziel – der Übersicht relevanter Parameter – einzahlt und wichtige Ergebnisse liefert. Herzstück sind die Use-Cases (Arbeitspaket 4 - 6), die die Entwicklungen für die Umsetzung eines Traceability-Systems, eines exemplarischen Battery Passport und der Prozessoptimierung nutzen. Diese Bewertung wird in der Validierung (Arbeitspaket 7) zusammengeführt und kontinuierlich evaluiert. Zusätzlich schafft die anfängliche Anforderungsanalyse (Arbeitspaket 1) die Basis des Projekts. Weiterhin gibt es einen durchgehenden Transfer der Ergebnisse und Erkenntnisse (Arbeitspaket 8) und das Projektmanagement (Arbeitspaket 9).

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

Unternehmen und Forscher werden nach Abschluss des Projekts über eine Liste relevanter Parameter in der Produktion, deren normgerechte Beschreibung und Implementierungen von Referenzkomponenten für die Verwendung, Integration und Nachrüstung verfügen. Die Anwendbarkeit der Ergebnisse wird anhand von drei Anwendungsfällen (Rückverfolgbarkeit, Batteriepass für die Produktion und Prozessoptimierung) aus verschiedenen Bereichen der Batterie-Wertschöpfungskette validiert. Dadurch können sowohl Unternehmen, die bereits in der Batteriezellenproduktion tätig sind, als auch solche, die mit ihrem vorhandenen Know-how neu in diesen Bereich einsteigen, ihre Systeme leichter in vorhandene Strukturen einbinden und mit diesen vernetzen.

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Interoperable Produktion als Enabler für eine datengetriebene Batterie-Wertschöpfungskette

Herr Dr. Hermann Uchtmann

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Schuler Pressen GmbH

Pressestelle

Im Rahmen dieses fortlaufenden Arbeitspaketes ist Schuler für die Arbeitspakete 1 und 9 zuständig und organisiert dabei den laufenden Projektbetrieb, koordiniert die einzelnen Arbeitspakete untereinander und stellt die fristgerechte Fertigstellung der Meilensteine und Projektinhalte sicher. Zudem sind halbjährliche Konsortialtreffen vorgesehen, in denen der regelmäßige Austausch der Projektteilnehmer gesichert wird, welche ebenfalls von Schuler koordiniert werden.
Die Umsetzung des Arbeitspakets 1 findet ebenfalls unter der Leitung von Schuler statt und stellt den Grundstein für ein erfolgreiches Projekt. Hier werden alle Anforderungen an die gesamte Prozesskette, Komponenten und die Wirtschaftlichkeit definiert und ein abschließendes Lastenheft erstellt. Da diese Phase besonders wichtig ist und die Sicht sowohl von der Forschung als auch von der Industrie eingebracht werden soll, sind hier alle Partner gleichermaßen beteiligt. Die assoziierten Partner wie Saueressig, Siemens, SICK und mk stehen in diesem Arbeitspaket mit ihrem Expertenwissen mit besonderem Bezug zur Wirtschaftlichkeitsbetrachtung beratend zur Seite. Neben den Anforderungen an das Projekt sollen auch frühzeitig alle benötigten Investitionen erkannt und ausarbeitet werden. Diese frühzeitige Auseinandersetzung mit den Investitionen ist zwingend notwendig um unvorhergesehene Lieferzeiten / Bedarfsmängeln entgegenzuwirken. Damit neben den wirtschaftlichen Anforderungen auch die technischen Bedürfnisse bestmöglich definiert werden können, werden in diesem Arbeitspaket auch Anforderungen aus Automotive, Zulieferern, etc. berücksichtigt.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

Das Arbeitspaket 1 begann mit der detaillierten Anforderungsanalyse und der Festlegung der Prozessschritte aus der Batteriefertigungskette, die in diesem Projekt betrachtet werden sollten. Im Rahmen dieses APs wurden gemeinsam mit den beteiligten Forschungsinstituten und Industriepartnern bereits zahlreiche Anforderungen an die verschiedenen Aspekte des Projekts identifiziert. Der Hauptfokus liegt dabei darauf, die die Bedürfnisse des wachsenden Batteriemarktes in Europa zu erreichen. Weiterhin wurden in dieser Phase zahlreiche diverse wirtschaftliche Anforderungen identifiziert und entsprechend für die Bearbeitung des Projekts zusammengestellt.
In der technischen Anforderungsanalyse wurden die Themen wie Datenbehandlung (Datenaufnahme, Datenverarbeitung, Schnittstellen und Visualisierung), Prozessteuerung, Informationsmodelle, Modellierung und definierte Anwendungsfälle, Traceability, Battery Passport und Prozessoptimierung betrachtet.
Die Themen, die bei der Analyse der wirtschaftlichen Anforderungen adressiert wurden, beliefen sich hauptsächlich auf Standardisierung in der Batteriefertigung, Modularität in der Prozesskette, starke Qualitätskontrolle und damit die Verringerung von Ausschuss in der Produktion und Schadstoffbelastung, datenbasierte und intelligente Prozessoptimierungen, mögliche Einsparung von Ressourcen und die damit verbundenen Kosten in der Batteriefertigung, sowie die Weiterqualifizierung der europäischen Arbeitskräfte, um sie für den derzeitigen Wandel in der Automobilbranche in Richtung Elektromobilität zu befähigen.
Basierend auf der detaillierten Analyse dieser Anforderungen ist ein für das Projekt gültiges Lastenheft erstellt worden, welches später die Entwicklungsarbeiten im Projektverlauf begleiten und am Ende zur Bewertung des Projekterfolgs dienen kann.

Anforderungsanalyse und Technisches Projektmanagement

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Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich

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[verbundprojekt]

[Verbundprojekt]

Im Verbundvorhaben ENLARGE leitet FFT die Arbeitspakete 4 und 6.
Das Arbeitspaket 4 befasst sich mit dem Traceability-Konzept für Zellen (und Zwischenprodukte) ab der Elektrodenproduktion. Hier werden zunächst alle Daten entlang der Produktion erfasst, im Traceability-System aggregiert und an weitere Systeme verteilt. Um eine Umsetzung und genaue Analyse des Use-Cases zu er-möglichen, wird dabei ein Fokus auf einen zu definierenden Teilprozess gelegt. Durch weitere Messtechnik und Komponenten werden fehlende Daten in dem Prozess ergänzt und zur Verfügung gestellt. Die konzipierten Informationsmodelle sollen hier als Grundlage für einen standardisierten Datenaustausch zwischen den verschiedenen Teilprozessschritten dienen. Der Traceability Use-Case wird in der Prozesskette der Zellassemblierung und ggf. ein vor- bzw. nachgelagerter Prozessschritt umgesetzt. Hierbei werden sowohl Anlagen des IPA als auch eine Anlage am wbk verwendet. Dabei werden Zwischenprodukte aus den Prozessen vom wbk an die Prozesse am IPA, unter Beibehaltung der Traceability über diese Produktionsgrenze hinweg, übergeben.
In Arbeitspaket 6 wird der der dritte Anwendungsfall, Prozessoptimierung, bearbeitet. Dabei wird die direkte Optimierung der Anlagen durch eine adaptive Änderung der Prozessparameter betrachtet. Durch die identifizierten Parameter und deren Zusammenhänge werden in der Formierung Prozessdaten aus vorangegangenen Prozessschritten genutzt, um die Formierung durch Vorschläge zur Anpassung der Anlagenparameter zu optimieren. Gezeigt wird so, dass durch die entwickelten Informationsmodelle und Referenzimplementierung, die Entwicklungen von Optimierungsalgorithmen beschleunigt und diese auf andere Anlagen übertragbar gemacht werden.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

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FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG

Entwicklung von Softwaretools für Traceability- und Optimierungs-Funktionen im Bereich der Batteriezellfertigung

Standort Bremen

FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG Standort Bremen

Herr  Dennis Mahlstedt

Herr Dr. Georg Schwering

Die EU plant die Einführung eines verpflichtenden Battery Passports für Batterien. Hier werden Daten zu Rohmaterialien, Energieverbräuchen, Produzent und ähnlichem gespeichert. Hier können auch Daten aus der Produktion relevant sein. Im Rahmen von Arbeitspaket 5 soll deshalb der Prototyp eines „Battery Passport for Production“ entwickelt werden. Die Inhalte dieses Passports sollen im Einklang mit dem EU Battery Passport stehen und eine solide Grundlage für diesen bilden. Der Battery Passport dient dabei als eine erste konkrete Anwendung der konzipierten Informationsmodelle, sowie der in Arbeitspaket 4 entwickelten Traceability Lösung.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

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European EPC Competence Center GmbH

Unter Federführung des VDMA soll ein OPC UA CS erstellt und veröffentlicht werden. Um einen Industrieweiten Einsatz der erzielten Projektergebnisse gewährleisten zu können, liegt ein besonderes Augenmerk auf die zielgruppenorientierte Kommunikation in verschiedenen industriellen Netzwerken. Ziel dieses Arbeitspakets ist auf diese Weise die Schaffung eines Standards aus dem generierten Wissen. Damit alle Ergebnisse der einzelnen Unterarbeitspakete zeitnah festgehalten und nutzbar gemacht werden können, startet das Arbeitspaket bereits kurz nach Projektbeginn.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

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VDMA e. V.

Kommunikation

Fachabteilung Machine Information Interoperability

VDMA e. V. Fachabteilung Machine Information Interoperability

Herr  Andreas Faath

Das Fraunhofer FFB unterstützt die Umsetzung der Informationsmodellentwürfe sowie die Datenarchitektur in eine Forschungsumgebung und die Implementierung aller begleitenden IT-Systeme. Dazu wird die bestehende Architektur im Hinblick auf Integrationspunkte für Informationsmodelle analysiert, die Informationsmodelle integriert, sowie fehlende Komponenten hinzugefügt. Zudem unterstützt FFB die Velidierung des Gesamtsystems.

Quelle: https://www.enlarge-projekt.de/ueber-enlarge/arbeitspakete (jüngster Zugriff: 29.07.2024)

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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.

Wissenschaftskommunikation

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

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Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Externe und interne Kommunikation

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB

Herr  Arno Schmetz

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Das Projekt ENLARGE verfolgt das Ziel, ein allgemeingültiges und standardisierbares Informationsmodell für die Batteriezellproduktion zu entwickeln. Die Arbeiten des wbk Institut für Produktionstechnik fokussieren sich dabei insbesondere auf die Entwicklung und Implementierung dieses Informationsmodells. Eine wesentliche Herausforderung besteht in der Konzeption der Ziellandschaft basierend auf bestehenden Standards, welche die Nutzung des Informationsmodells unabhängig vom konkreten Anwendungsfall ermöglicht. 
Das Informationsmodell ist so zu konzipieren, dass es sowohl für Anlangebetreiber als auch für Anlagenhersteller geeignet ist, um einen branchenweiten Standard etablieren zu können. Dies erfordert die Identifikation sämtlicher relevanter Parameter entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batteriezellproduktion. Ein weiterer Aspekt umfasst die Dynamik des Modells, welches einer kontinuierlichen Anpassung an sich wandelnde Anforderungen bedarf. Die Anpassungen erfolgen durch die Integration neuer Erkenntnisse insbesondere aus den Bereichen Traceability, Batterypassport und Prozessoptimierung.

1. Basiskonzeption des Informationsmodells
2. Ableitung relevanter Prozess- und Anlagenparameter insbesondere unter Berücksichtigung der Aspekte Traceability, Batterypassport und Prozessoptimierung
3. Erstellung der Ziellandschaft der Informationsmodelle unter Berücksichtigung bestehender Standards
4. Implementierung des Informationsmodells
5. Validierung des Informationsmodells für die Batteriezellproduktion sowie der resultierenden Referenzarchitekturen hinsichtlich der Aspekte Traceability, Batterypassport und Prozessoptimierung

Die Ergebnisse dieses Arbeitspakets bilden die Grundlage für die Umsetzung spezifischer Use Cases der Batteriezellproduktion. Basierend  auf einem standardisierten Abbild in Form eines implementierten Informationsmodells soll die Datendurchgängigkeit und Effizienz industrieller Prozesse der Batteriezellproduktion langfristig verbessert werden. Die erstellte Ziellandschaft sowie die Informationsmodellentwürfe dienen als Referenz für die zukünftige Implementierung und tragen zur Standardisierung in der Industrie bei. Langfristig wird eine Überführung der Entwürfe in eine offen zugängliche OPC UA Companion Specification angestrebt. Die Verwendung des Standards bringt das Potenzial der Effizienzsteigerung, Kostensenkung und besseren Integration von Prozessen und Anlagen in der Industrie.

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Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie

Konzeption des Informationsmodells für die Batteriezellproduktion und Validierung des Gesamtsystems

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Institut für Produktionstechnik

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Produktionstechnik

Herr Prof. Dr. Jürgen Fleischer

Prof. Dr.

Herr  Marcel Drescher

Das Ziel des Teilvorhabens des PEM ist beim Aufbau einer umfassenden Parameterliste für die Batteriezellproduktion zu unterstützen. Die vollständige Liste soll dabei die Grundlage für die spätere Erarbeitung einer OPC UA Companion Specifications dienen. Insbesondere wird in dem Teilvorhaben der Anwendungsfall zur Prozessoptimierung unter Leitung von FFT betrachtet und analysiert sowie das Gesamtsystem mit allen beteiligten Partnern validiert. Abschließend dienen Transferarbeit der Veröffentlichung der Ergebnisse. Das PEM wird zusätzlich mit Hilfe der Erkenntnisse die Untersuchung von Maßnahmen zur Steigerung der Material- und Prozesseffizienz in der Batteriezellenproduktion vorantreiben und in der Forschungsinfrastruktur „eLab“ der RWTH Aachen erforschen.

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Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Presse und Kommunikation

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Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components

Presse und Medien

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components

Laufzeit	01.05.2023 - 30.04.2026
Ausführende Stelle	ELABO
Standort	Crailsheim
Fördersumme	97.157,00 €
Projektvolumen	k. A.
Fördergeber	BMFTR