Überholspur für die Herstellung von Batteriezellen

Die Zukunft der Batterieproduktion beginnt hier. An der Fraunhofer-Einrichtung für Batteriezellproduktion FFB entwickeln Teams wirtschaftlich und ökologisch nachhaltige Batteriezellen. Siemens unterstützt FFB mit innovativen Produktionstechnologien und Software.

Die erste Phase des Projekts ist das „FFB Prefab“. Vor den Toren Münsters arbeiten mehrere interdisziplinäre Teams mit Industrie- und Projektpartnern zusammen, um zu erforschen, wie neue Batterietechnologien in Deutschland effizienter, nachhaltiger, kostengünstiger und in höchster Qualität hergestellt werden können.

Als „Forschungsfabrik“ bringt das FFB Prefab nicht nur Wissenschaft, Theorie und praktische Anwendung zusammen, sondern entwickelt sie auch aktiv weiter. Die Labore und Produktionslinien werden dazu beitragen, Geräte, Digitalisierungstechnologien und Zelldesigns vom Pilotmaßstab bis zum industriellen Maßstab zu optimieren sowie Fertigungsmethoden und -prozesse zu verbessern und nicht zuletzt dringend benötigte Fachkräfte auszubilden.

Skalierbare Produktion

FFB Prefab ermöglicht eine skalierbare Batterieproduktion von der Forschung bis zur industriellen Ebene. Flexible Systeme und digitale Planung ermöglichen das schnelle Testen und Erweitern neuer Technologien für eine effiziente Inbetriebnahme und zukünftige Skalierung.

Datenintegration

Die nahtlose Datenintegration zwischen den Systemen gewährleistet Transparenz und Konsistenz. Durch die Verknüpfung von Maschinen, Prozessen und digitalen Tools schafft das FFB Prefab eine einheitliche Datenbank für bessere Entscheidungen und kontinuierliche Verbesserungen.

Nachhaltige Herstellung

Sustainability steht im Mittelpunkt des FFB Prefab, wo effiziente Prozesse, optimierte Ressourcennutzung und digitale Lösungen eine umweltverträgliche Batterieproduktion ermöglichen und gleichzeitig langfristige Klima- und Energieziele unterstützen.

Das FFB PreFab wurde am 30. April 2024 von Vertretern von Nordrhein-Westfalen, der Bundesregierung, der Stadt Münster, der Fraunhofer-Gesellschaft und der Leitung des Fraunhofer FFB offiziell eröffnet (von links nach rechts: Silke Krebs, Ina Brandes, Bettina Stark-Watzinger, Hendrik Wüst, Markus Lewe, Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Prof. Dr. Achim Kampker, Prof. Dr. Jens Tübke und Prof. Dr. Simon Lux).

Gestaltung einer nachhaltigen Transformation

Das FFB Prefab verfolgt zwei Ziele, die auch wichtige Richtlinien für Siemens in seinen unternehmerischen Aktivitäten sind: Innovation zu ermöglichen und die digitale Transformation für eine nachhaltige Zukunft zu beschleunigen. Batterie- und Speichertechnologien werden für den Erfolg der Energie- und Verkehrswende entscheidend sein und einen erheblichen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Mit seiner Expertise und jahrzehntelangen Erfahrung ist Siemens ein integraler Bestandteil des ecosystem der lokalen Wertschöpfung in der Elektromobilität.

Als Projektpartner des Fraunhofer FFB unterstützt Siemens die Anlage, die auf der offenen digitalen Geschäftsplattform Siemens Xcelerator basiert, mit Software- und Hardwarelösungen für Gebäudeautomatisierung und Produktionssysteme — und vor allem mit einem umfassenden Digitalisierungsmodell, das die gesamte Forschungsfabrik digital abbilden wird, von der Gebäudeautomatisierungs- und Steuerungstechnik bis hin zu den Produktionslinien mit allen Prozessschritten.

Skalierbare, flexible Produktionsarchitektur

Die tiefe Integration von OT (Betriebstechnologie) und IT (Informationstechnologie) ist eine wesentliche Voraussetzung für die Untersuchung und Optimierung einer Vielzahl von Technologien und Materialien unter realen und industrienahen Bedingungen im FFB Prefab.

Diese OT- und IT-Integration ermöglicht die Integration von Maschinen verschiedener Hersteller in ein flexibles Liniendesign und schafft durch die Standardisierung von Automatisierung und Schnittstellen die Voraussetzungen für die Interoperabilität der Systeme — wichtige Kriterien für eine Forschungsproduktionsanlage, in der innovative Produktionsszenarien wie gewohnt ablaufen.

Solutions für das industrielle Internet der Dinge

Raum für Innovation: Das FFB Prefab beherbergt eine komplette Produktionsanlage für Batteriezellen zur Herstellung von Pouchzellen und prismatischen Zellen für Forschungszwecke im industriellen Maßstab.

Durch die Implementierung des Manufacturing Execution Systems (MES) und der IIoT-Plattform (Industrial Internet of Things) ist das Fraunhofer FFB in der Lage, Produktionsprozesse zu planen, zu steuern, zu optimieren und flexibel zu skalieren. Mit der Gebäudemanagementplattform Desigo CC wird Siemens unter anderem das gesamte FFB-Fertighaus automatisieren, einschließlich der Rein- und Trockenräume, die rund 1.000 Quadratmeter umfassen. Ein hochmodernes Manufacturing Execution System (MES) und ein flexibles Produktionsmanagementsystem werden die verschiedenen Prozesse und Daten zusammenführen und sie den Teams zur Verfügung stellen.

Das Produktionsmanagementsystem Production Management for Batteries, das auf SIMATIC WinCC OA basiert, ist eine Plattform für das industrielle Internet der Dinge (IIoT), die Daten von der Maschinen- und Prozessebene sammelt und sie übergeordneten Systemen wie MES- und IT-Anwendungen zur Verfügung stellt. Die Auftragsinformationen werden im Siemens Opcenter Execution MES verarbeitet und über die IIoT-Schicht an die Maschinen übertragen. Die Daten der Maschinen und Anlagen sind über ein standardisiertes Informationsmodell vernetzt, sodass alle Informationen entlang der gesamten Wertschöpfungskette verfügbar sind. Batteriespezifische Anwendungsfälle und Bibliotheken sorgen für eine effiziente und standardisierte Entwicklung der Funktionen.

Die Batterietechnologie ist eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Mit dem FFB Prefab als offener Batteriezellenfabrik für Forschung und Entwicklung leisten wir einen wichtigen Beitrag, um die Produktion von Batteriezellen in Deutschland voranzutreiben. Auf diese Weise reagieren wir nicht nur auf die internationale Marktnachfrage, sondern tragen auch dazu bei, Deutschland und Europa langfristig erfolgreich als führenden internationalen Technologiestandort zu etablieren.

Prof. Dr. Simon Lux, Managing Director, Fraunhofer FFB

Von der FFB Prefab zur FFB Fab

Laut Markus Birkhan, Leiter des Bereichs Battery Vertical bei der Siemens AG, wird das Ergebnis nichts weniger als eine Revolution in der Batteriezellenproduktion sein. „Zusammen mit dem Fraunhofer FFB wollen wir die Batterieindustrie in Deutschland auf das nächste Level heben.“ Damit meint der Experte Kapazitäten, die schnell erweitert werden können, optimale Produktionsqualität und weniger Ausschuss dank transparenter Prozesse und der Fähigkeit, neue oder alternative Batterietechnologien schnell zu skalieren.
Das FFB Prefab ist ein wichtiger Schritt zum Bau des FFB Fab, das 20.000 Quadratmeter an zusätzlicher Produktions- und Forschungsfläche schaffen und industrienahe Produktionsforschung und -entwicklung im Gigawattbereich mit Systemtechnik im industriellen Maßstab ermöglichen wird. Münster wird somit endlich Europas „Batteriestadt“ werden.

Projektpartnerschaft für die integrierte Batterieproduktion

Fraunhofer FFB und Siemens treiben die Standardisierung und Integration von Prozessen und Systemen im FFB Prefab in anderen Projekten voran. Die Projektpartner klären damit wichtige Fragen in der Forschung und Entwicklung, aber auch bei der Herstellung von Batteriezellen, wie zum Beispiel, wie können Daten, Schnittstellen und Interaktionen in der Batteriezellenproduktion standardisiert werden? Was sind die Vorteile von Spitzentechnologien für die Prozess- und Qualitätskontrolle? Wie wird eine flexible, skalierbare und sichere Datenaustauschplattform für die technische Umsetzung einer umfassenden Digitalisierungsstrategie für die effiziente und nachhaltige Nutzung von Batteriedaten aussehen? Und nicht zuletzt: Wie können die digitalen Zwillinge des Produkts, der Systeme und des Gebäudes kombiniert werden, um ein umfassendes digitales Bild der gesamten Fabrik zu erstellen?

Das FFB Prefab beherbergt Labore und eine komplette Produktionsanlage für Batteriezellen mit innovativer europäischer Maschinentechnologie auf rund 6.450 Quadratmetern Forschungsfläche.

Datenbasierte Modelle und Optimierungen in der modernen Produktion sind nur so gut wie die zugrundeliegende Datenqualität. Eine effektive Integration von IT- und OT-Systemen ist erforderlich, um eine hohe Datenqualität bei der Batterieproduktion sicherzustellen. Konsistente Standards für die Batterieproduktion vereinfachen diesen Integrationsprozess und sind für die Skalierung auf Gigafactory-Ebene unerlässlich.

Arno Schmetz, Gruppenleiter, Datenerfassung und Aggregation, Fraunhofer FFB

Fachwissen für die Batteriezellenproduktion von morgen

Siemens unterstützt das Fraunhofer FFB-Projekt unter anderem mit diesen Lösungen und Systemen:

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Fabrik- und Prozessplanung

Simulation ist ein Schlüsselelement der FFB Prefab-Digitalisierungsstrategie und verbindet Planung, Entwicklung und Produktion. Digitale Fabrik-, Linien- und Logistikmodelle ermöglichen eine frühzeitige Validierung, Optimierung und Risikominderung und unterstützen die flexible, effiziente und skalierbare Herstellung von Batteriezellen.

OpCenter-Siemens-Si-Batterieherstellung — Treffen zu den Herausforderungen

Fertigungsleitsystem

Manufacturing Operations Management verbindet Planung, Konstruktion und Produktion in Echtzeit. Als Kern des digitalen FFB Prefab-Ökosystems ermöglicht es einen transparenten, datengesteuerten Betrieb, kontinuierliche Optimierung und eine skalierbare, qualitativ hochwertige Batteriezellenherstellung.

IIoT-Plattform

Supervisory Control and Data Acquisition bietet eine einheitliche Plattform für die Überwachung, Visualisierung und Steuerung von FFB Prefab in Echtzeit. Es gewährleistet einen transparenten Betrieb, einen nahtlosen Datenfluss und eine zuverlässige Entscheidungsfindung und unterstützt eine effiziente und skalierbare Batteriezellenproduktion.

Desigo CC

Am Fraunhofer FFB verwendet Siemens Desigo CC zur Automatisierung und Verwaltung der gesamten Prefab-Anlage, einschließlich sauberer und trockener Räume. Die Plattform integriert Gebäudesysteme, sorgt für Betriebstransparenz und unterstützt eine effiziente, skalierbare und nachhaltige Batteriezellenproduktion.

Digital Infrastructure

Siemens unterstützt das Fraunhofer FFB beim Bau der Batteriefabrik der Zukunft, indem es digitale Planungs-, Automatisierungs-, Gebäudemanagement- und Produktionssysteme integriert. Diese vernetzte Infrastruktur verbessert die Effizienz, Nachhaltigkeit und Skalierbarkeit der Batteriezellenherstellung.