Die simulative Abbildung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Batterieproduktion dar. Auch vor dem Hintergrund, dass es nicht nur eine Art von Produktionsprozess gibt, sondern sich diese deutlich unterscheiden: Der Beschichtungsprozess beginnt mit dem Abwickeln von Metallfolien, die dann entweder intermittierend oder kontinuierlich beschichtet werden. Anschließend werden die beschichteten Folien zum Trocknen transportiert. Dabei durchlaufen die Folien auf Rollen mehrere Trocknungskammern, bevor sie über Kühlwalzen geführt und schließlich aufgewickelt werden. Beim Kalendern werden die Folien von der Rolle abgewickelt, durch statische Entladung gereinigt, auf die gewünschte Dicke gewalzt, erneut gereinigt und schließlich wieder aufgewickelt. Müssen die Folien in Längsrichtung geschnitten werden, kommt das so genannte Slitting-Verfahren zum Einsatz, das häufig mittels Laserslitting durchgeführt wird. Bei der Jelly-Roll-Wicklung werden Kathode, Separator und Anode abwechselnd auf einen so genannten Center Pin gewickelt. Beim Flachwickeln hingegen werden Kathode, Separator und Anode abwechselnd auf ein Trägerrechteck gewickelt. Die jeweiligen Prozessketten hängen zudem stark vom jeweiligen Batteriezellformat ab. Man unterscheidet zwischen Rundzellen (rund), Pouchzellen (flach) und prismatischen Zellen (gestapelt).
Wickelprozesse virtuell in Betrieb nehmen
Mehrere internationale Batteriehersteller sind vor einiger Zeit an Machineering mit der Frage herangetreten, ob sie die Simulation des Wickelprozesses von Batterien umsetzen können. Aufgrund des modularen Kernels von iPhysics sind derartige Entwicklungen zügig in die Software integrierbar. Dieser Wunsch wurde dann auch zeitnah umgesetzt.
Die Vorverlagerung der Inbetriebnahme von Maschinenteilen zur Automatisierung dieser Prozesse in die virtuelle Inbetriebnahme verbessert nicht nur die Effizienz und Qualität der gesamten Produktionskette, sondern ermöglicht es auch potenzielle Fehler und Ineffizienzen im Wickelprozess frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Werden Wickelprozesse nicht virtuell in Betrieb genommen, werden mögliche Fehler erst während der physischen Produktion erkannt, was zu kostspieligen Verzögerungen und Nacharbeiten führen würde. Zudem reduziert die virtuelle Inbetriebnahme die Kosten, da physische Prototypen und Tests an der realen Maschine weniger Zeit in Anspruch nehmen. Durch die Simulation lässt sich der gesamte Prozess jederzeit virtuell testen und verbessern, was die Entwicklungskosten senkt und gleichzeitig die Qualität erhöht.
Neben Kosteneinsparungen und Qualitätsverbesserungen wird der gesamte Entwicklungsprozess beschleunigt, da Anpassungen in der Simulationsumgebung schneller durchgeführt werden können als in der realen Produktion.
Operator Training gezielt umsetzen
Zusätzlich ermöglicht die Integration von Cloud-Technologie in Simulationslösungen wie iPhysics eine noch größere Flexibilität. Cloud-Simulationen bieten den Vorteil, auch ressourcenintensive Berechnungen, wie sie bei der Optimierung von Wickelprozessen nötig sind, effizient durchführen zu können. Mit der Cloud können Unternehmen ihre Simulationsmodelle zentral speichern und global zugänglich machen, was insbesondere in internationalen Produktionsnetzwerken entscheidende Vorteile bietet.
Besonders beim Operator Training zeigt sich der Mehrwert der Cloud. Mitarbeiter können direkt am digitalen Zwilling der Wickelmaschinen geschult werden, ohne dass teure Spezialhardware benötigt wird. Mit einem einfachen Zugang über den Webbrowser lassen sich Schulungen weltweit und parallel zur Inbetriebnahme organisieren.
Durch die Cloud können zudem Trainingsszenarien individuell an unterschiedliche Produktionsstandorte, Maschinenkonfigurationen und Erfahrungsniveaus der Bediener angepasst werden. Dabei ist es möglich, reale Betriebsdaten direkt in die Schulung zu integrieren, um die Teilnehmenden auf spezifische Herausforderungen und Störfälle vorzubereiten. Die Mitarbeiter gewinnen dadurch nicht nur ein besseres Verständnis für die Maschinen, sondern sind auch in der Lage, auf unerwartete Ereignisse schneller und sicherer zu reagieren.
Viele Vorteile für Batteriehersteller
Neben den Potenzialen der virtuellen Inbetriebnahme bietet die Simulation von Wickelprozessen den Batterieherstellern einen hohen Mehrwert bei der Steuerungsanbindung, der optimalen Maschinenauslegung und der Planung zeitkritischer Vorgänge wie dem Spulenwechsel.
