Via rápida para produção de células de bateria

O futuro do armazenamento de energia começa aqui. Na Instituição de Pesquisa Fraunhofer para Produção de Células de Bateria FFB, equipes interdisciplinares desenvolvem células de bateria sustentáveis por meio de equipamentos de fabricação inovadores e software industrial.

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A primeira fase do projeto é o “FFB PreFab”. Nos arredores de Münster, várias equipes interdisciplinares estão trabalhando com parceiros da indústria e do projeto para pesquisar como novas tecnologias de baterias podem ser produzidas na Alemanha de forma mais eficiente, sustentável, econômica e com a mais alta qualidade.

Como uma “fábrica de pesquisa”, o FFB PreFab não apenas reúne ciência, teoria e aplicação prática, mas também as promove ativamente. Os laboratórios e as linhas de produção ajudarão a otimizar equipamentos, tecnologias de digitalização e projetos de células de escala piloto a escala industrial, além de aprimorar métodos e processos de fabricação e, por último, mas não menos importante, treinar especialistas urgentemente necessários.

Produção escalável

O FFB PreFab permite a produção escalável de baterias, desde a pesquisa até o nível industrial. Sistemas flexíveis e planejamento digital permitem testes rápidos e expansão de novas tecnologias para um aumento eficiente e uma escalabilidade futura.

Integração de dados

A integração perfeita de dados entre os sistemas garante transparência e consistência. Ao vincular máquinas, processos e ferramentas digitais, o FFB PreFab constrói uma base de dados unificada para melhores decisões e melhoria contínua.

Fabricação sustentável

A sustentabilidade é fundamental para o FFB PreFab, onde processos eficientes, uso otimizado de recursos e soluções digitais permitem a produção de baterias ambientalmente responsável, ao mesmo tempo em que apoiam metas climáticas e energéticas de longo prazo.

O FFB PreFab foi inaugurado oficialmente em 30 de abril de 2024 por representantes da Renânia do Norte-Vestfália, do Governo Federal, da cidade de Münster, da Fraunhofer-Gesellschaft e da administração da Fraunhofer FFB (da esquerda para a direita: Silke Krebs, Ina Brandes, Bettina Stark-Watzinger, Hendrik Wüst, Markus Lewe, Dra. Ing. Holger Hanselka, Prof. Dr. Achim Kampker, Prof. Dr. Jens Tübke e Prof. Dr. Simon Lux).

Moldando a transformação sustentável

O FFB PreFab tem dois objetivos, que também são diretrizes importantes para a Siemens em suas atividades empresariais corporativas: possibilitar a inovação e acelerar a transformação digital para um futuro sustentável. As tecnologias de bateria e armazenamento serão fundamentais para o sucesso da transição de energia e transporte e darão uma contribuição significativa para o alcance das metas climáticas. Com sua expertise e décadas de experiência, a Siemens é parte integrante do ecossistema de criação de valor local em eletromobilidade.

Como parceira de projeto da Fraunhofer FFB, a Siemens está apoiando a instalação, baseada na plataforma de negócios digital aberta Siemens Xcelerator, com soluções de software e hardware para automação predial e sistemas de produção — e, acima de tudo, um modelo de digitalização abrangente que mapeará digitalmente toda a fábrica de pesquisa, desde os equipamentos de automação e controle predial até as linhas de produção com todas as etapas do processo.

Arquitetura de produção escalável e flexível

A profunda integração de OT (tecnologia operacional) e TI (tecnologia da informação) é um pré-requisito essencial para investigar e otimizar uma ampla variedade de tecnologias e materiais em condições reais e orientadas para a indústria no FFB PreFab.

Essa integração de OT e TI permite que máquinas de diferentes fabricantes sejam integradas em um projeto de linha flexível e, por meio da padronização de automação e interfaces, cria as condições para a interoperabilidade dos sistemas — critérios importantes para uma instalação de produção de pesquisa na qual cenários de produção inovadores funcionarão normalmente.

Soluções para a Internet das Coisas Industrial

Espaço para inovação: o FFB PreFab abriga uma instalação completa de produção de células de bateria para a produção de células de bolsa e células prismáticas para fins de pesquisa em escala industrial.

Ao implementar o Sistema de Execução de Fabricação (MES) e a plataforma IIoT (Internet Industrial das Coisas), a Fraunhofer FFB é capaz de planejar, controlar, otimizar e escalar de forma flexível os processos de produção. Com a plataforma de gerenciamento de edifícios Desigo CC, a Siemens automatizará, entre outras coisas, todo o edifício FFB PreFab, incluindo as salas de limpeza e secagem, que cobrem cerca de 1.000 metros quadrados. Um sistema de execução de manufatura (MES) de última geração e um sistema flexível de gerenciamento de produção reunirão os vários processos e dados e os disponibilizarão para as equipes.

O sistema de gerenciamento de produção de gerenciamento de produção de baterias, baseado no SIMATIC WinCC OA, é uma plataforma de Internet das Coisas Industrial (IIoT) que coleta dados do nível da máquina e do processo e os disponibiliza para sistemas de nível superior, como MES e aplicativos de TI. As informações do pedido são processadas no Siemens Opcenter Execution MES e transferidas para as máquinas por meio da camada IIoT. Os dados das máquinas e dos sistemas são conectados em rede por meio de um modelo de informações padronizado para que todas as informações estejam disponíveis ao longo de toda a cadeia de valor. Casos de uso e bibliotecas específicos da bateria garantem uma engenharia eficiente e padronizada das funções.

A tecnologia de baterias é uma tecnologia-chave do futuro. Com o FFB PreFab como uma fábrica aberta de células de bateria para pesquisa e desenvolvimento, estamos dando uma contribuição importante para o avanço da produção de células de bateria na Alemanha. Dessa forma, não estamos apenas atendendo à demanda do mercado internacional, mas também ajudando a estabelecer com sucesso a Alemanha e a Europa como um importante centro internacional de tecnologia a longo prazo.

Prof. Dr. Simon Lux, Diretor administrativo, Fraunhofer FB

Do FFB PreFab ao FFB Fab

De acordo com Markus Birkhan, chefe da Battery Vertical da Siemens AG, o resultado será nada menos que uma revolução na produção de células de bateria. “Junto com o Fraunhofer FFB, queremos levar a indústria de baterias na Alemanha para o próximo nível.” Com isso, o especialista entende capacidade que pode ser expandida rapidamente, ótima qualidade de produção e redução de rejeições graças a processos transparentes e à capacidade de ampliar rapidamente tecnologias de baterias novas ou alternativas.
O FFB PreFab é um passo importante para a construção do FFB Fab, que criará 20.000 metros quadrados de espaço adicional de produção e pesquisa e permitirá pesquisa e desenvolvimento de produção orientados para a indústria na faixa de gigawatts com tecnologia de sistema em grande escala industrial. Münster finalmente se tornará a “Cidade das Baterias” da Europa.

Parceria de projeto para produção integrada de baterias

O Fraunhofer FFB e a Siemens estão impulsionando a padronização e integração de processos e sistemas no FFB PreFab em outros projetos. Os parceiros do projeto estão, portanto, esclarecendo questões importantes em pesquisa e desenvolvimento, mas também na produção de células de bateria, como dados, interfaces e interações na produção de células de bateria podem ser padronizados? Quais são os benefícios das tecnologias de ponta para controle de processos e qualidade? Como será uma plataforma de troca de dados flexível, escalável e segura para a implementação técnica de uma estratégia abrangente de digitalização para o uso eficiente e sustentável dos dados da bateria? E por último, mas não menos importante: como os gêmeos digitais do produto, dos sistemas e do edifício podem ser combinados para criar uma imagem digital abrangente de toda a fábrica?

O FFB PreFab abriga laboratórios e uma instalação completa de produção de células de bateria com tecnologia inovadora de máquinas europeias em cerca de 6.450 metros quadrados de espaço de pesquisa.

Os modelos e otimizações baseados em dados na produção moderna são tão bons quanto a qualidade subjacente dos dados. A integração efetiva dos sistemas de TI e OT é necessária para garantir a alta qualidade dos dados na produção de baterias. Padrões consistentes de produção de baterias simplificam esse processo de integração e são essenciais para a expansão até o nível de gigafábrica.

Arno Schmetz, Líder de grupo, aquisição e agregação de dados, Fraunhofer FB

Experiência para a produção de células de bateria do futuro

A Siemens está apoiando o projeto Fraunhofer FFB com essas soluções e sistemas, entre outros:

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Planejamento de fábrica e processo

A simulação é um elemento-chave da estratégia de digitalização do FFB PreFab, conectando planejamento, desenvolvimento e produção. Modelos digitais de fábrica, linha e logística permitem validação precoce, otimização e redução de riscos, apoiando a fabricação flexível, eficiente e escalável de células de bateria.

Reunião de desafios de fabricação de baterias OpCenter-Siemens-SI

Sistema de execução de fabricação

O gerenciamento de operações de manufatura conecta planejamento, engenharia e produção em tempo real. Como núcleo do ecossistema digital FFB PreFab, ele permite operações transparentes e baseadas em dados, otimização contínua e fabricação de células de bateria escaláveis e de alta qualidade.

Plataforma IIoT

O controle de supervisão e a aquisição de dados fornecem uma plataforma unificada para monitoramento, visualização e controle em tempo real em todo o FFB PreFab. Ele garante operações transparentes, fluxo de dados contínuo e tomada de decisões confiável, apoiando a produção eficiente e escalável de células de bateria.

Desigo CC

No Fraunhofer FFB, a Siemens usa o Desigo CC para automatizar e gerenciar toda a instalação pré-fabricada, incluindo salas limpas e secas. A plataforma integra sistemas prediais, garante transparência operacional e oferece suporte à produção eficiente, escalável e sustentável de células de bateria.

Digital Infrastructure

A Siemens ajuda a Fraunhofer FFB a construir a fábrica de baterias do futuro, integrando sistemas digitais de planejamento, automação, gerenciamento de edifícios e produção. Essa infraestrutura conectada melhora a eficiência, a sustentabilidade e a escalabilidade da fabricação de células de bateria.