Entwicklung von Produktionstechnik und Testverfahren zur Herstellung von Li-Ionen-Energiespeichersystemen für die Anwendung in Hybrid-Nutzfahrzeugen (Fuel)

Problemstellung: Die Verknappung fossiler Brennstoffe und die Erhöhung der Treibhausgase in der Atmosphäre machen es für die globale Automobilindustrie notwendig, in den kommenden zehn Jahren den Übergang von herkömmlichen Antrieben zu Hybrid- und Elektrofahrzeugen nachhaltig einzuleiten. Da diese Veränderungen keinesfalls auf PKWs beschränkt bleiben, war es das Ziel des Verbundprojektes FUEL, die Entwicklung von Produktionstechnologien und -verfahren für die Herstellung von Lithium-Ionen Energiespeichersystemen für hybridisierte Nutzfahrzeuge voranzutreiben. Projektziele: Ziel des Verbundprojektes war die Entwicklung von Produktionstechnologien und -verfahren für die Herstellung von Lithium-Ionen Energiespeichersystemen für hybridisierte Nutzfahrzeuge. Die notwendige Produktionstechnologie für hohe Stückzahlen zeigte bei Projektstart noch keine Referenzlösungen, die den speziellen Anforderungen der zukünftigen Anwendung gerecht werden. Arbeitsplan: Das Projekt teilte sich in drei Arbeitspakete auf. Im Arbeitspaketes 1 wurden Bauteile, Baugruppen und Funktionen spezifiziert und nachfolgend in die Entwicklung der Herstellungsverfahren eingebunden. Inhalt des Arbeitspaketes 2 waren neben dem Montageablauf des Energiespeichers (von der Einzelzelle bis hin zum endmontierten System) die fertigungstechnischen Details und deren notwendige Prozesse. Arbeitspaket 3 umfasste die Entwicklung der Testverfahren und den Validierungsablauf, dem die Demonstratoren als Ergebnis der entwickelten Produktionstechnik in den Arbeitspaketen 1 & 2 unterzogen wurden. Folgende Ergebnissen konnten aufgezeigt werden: -Innerhalb von FUEL konnte eine breite Entwicklungsgrundlage für die Nutzfahrzeughybridanwendung erarbeitet werden. Ein wesentliches Ergebnis ist die Abstimmung und Erstellung eines umfangreichen Lastenheftes zum Energiespeicher. -Nach diesem Lastenheft konnte eine neue Generation von Versuchs- / Demonstrationsenergiespeichern entwickelt und aufgebaut werden. Diese Energiespeicher bilden die Grundlage, um wesentliche Detailzusammenhänge der Hybridfunktionalitäten innerhalb von Simulationen und Tests herauszuarbeiten und von diesen Erfahrungen zu lernen. -In einigen Punkten besteht bei Abschluss von FUEL weiterer Klärungsbedarf, insbesondere im Hinblick auf die Kühlung von Energiespeichern für Nutzfahrzeuganwendungen, dessen positive Lösung wesentlich für eine wirtschaftliche Verwertung ist. -Innerhalb von FUEL konnte für die Kernprozesse Bi-Pack-Fertigung und Zellkontaktierung je ein neuartiges Verfahren entwickelt und ein halbautomatischer Prozessprüfstand konstruiert und aufgebaut werden. Mit den Prozessprüfständen konnte die Beherrschbarkeit der Prozesse prinzipiell nachgewiesen sowie Taktzeiten im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik markant verkürzt werden. -Der im Konsortium erarbeitete Ansatz des Rollnahtschweißens ist für die Sonderanwendung der Zellkontaktierung nach aktuellem Wissenstand ein Novum in der Montagetechnik. -Vor dem Hintergrund einer in der Projektzeit von FUEL nicht erzielten vollständigen technologischen Reife der Energiespeicher- und Verfahrenstechnik wurde die geplante breite Validierung und Erprobung nicht vollständig durchgeführt. Das Verbundprojekt FUEL wurde auf verschiedenen Kongressen und Fachtagungen, wie z.B. auf den 10. Karlsruher Arbeitsgesprächen Produktionsforschung im März 2010, der Hannover Messe Industrie 2011 am Stand des BMBF sowie auf der IAA in Hannover 2010 branchenwirksam vorgestellt. Weiterhin flossen die Arbeitsergebnisse in diverse Berichte der fachbezogenen Presse ein, wie z.B. in die Nutzfahrzeugpresse und dem Journal of Power Sources. Insbesondere ist hier die gemeinsame Publikation in der Zeitschrift E-Mobility 02/2011 der Firma ads-tec und Festo zu nennen mit dem Titel: „Automatisch ins Zeitalter der Elektromobilität“. In FUEL wurden signifikante Fortschritte im Bereich der Herstellung von Lithium-Ionen Energiespeichersystemen erzielt. Allerdings besteht infolge der Komplexität vor allem bei der Hybridanwendung des Stadtbuseinsatzes noch ein erheblicher Entwicklungs- und Forschungsbedarf. Die breite Markteinführung eines Energiespeicher-Systems könnte in etwa 4-5 Jahren erfolgen.

• ads-tec Holding GmbH
• TEMIC Automotive Electric Motors GmbH
• ZF Friedrichshafen AG