18. August 2016

Wie kann die Industrialisierung der Elektromobilität kostengünstiger und schneller erfolgen?

Herstellung eines Elektromotors - Foto © PEM der RWTH Aachen

Am Beispiel Elektromobilität zeigt sich aktuell deutlich, wie neue Technologien die Geschäftsmodelle ganzer Branchen disruptieren können. Die Digitalisierung ist hierbei der Integrator, der den neuen Antrieb aber auch den Fahrzeugbau, die Montage und die Batterielösungen zu einem neuen Fahrzeugkonzept zusammenfügt. Dies wird auch Auswirkungen auf Zulieferer und Produktionsketten haben und auch in der zweiten Reihe neue Geschäftsmodelle ermöglichen bzw. fordern.

Dr. Christoph Deutskens, geschäftsführender Oberingenieur, Christoph Lienemann, Research Assistant im Bereich Battery Production, und Lara Biekowski, Veröffentlichungskoordinatorin des PEM an der RWTH Aachen, erläutern in ihrem Gastbeitrag, wie Elektromobilität aus Forschungssicht schneller und günstiger umgesetzt werden kann.

 

Nachhaltig, wirtschaftlich, attraktiv und praktisch – all das verkörpert die heutige Generation der Elektrofahrzeuge. So verwundert es nicht, dass immer mehr Fahrzeuge durch elektrische Energie betrieben werden. Und die Zahlen sind stetig steigend.  Der Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) von Professor Achim Kampker steht dabei für zukunftsweisende Forschung und Innovation im Themenfeld der Elektromobilität.

Ein zentraler Forschungsaspekt ist die Kostenreduzierung für Elektrofahrzeuge. Batterien für unter 100 Euro pro Kilowattstunde, mobile Montage, flexibler Karosseriebau und Primotypenbau – vier Forschungsfelder, die es zu optimieren gilt, immer vor dem Hintergrund, Elektromobilität für Nutzer und Hersteller noch attraktiver und kostengünstiger zu gestalten.

In unterschiedlichen Forschungs- und Industrieprojekten setzt sich das Team mit dem Thema auseinander und findet die Antworten auf die Produktion und Mobilität der Zukunft. Fragestellungen, wie eine sinnvolle Weiterverwendung von genutzten Fahrzeugbatterien aussehen könnte oder wie die Produktionsprozesse der Komponenten durch innovative Konzepte wie zum Beispiel ein Lasertrocknen in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen optimiert werden können, sind im Fokus der Forscher und Projektpartner.

Batterien für unter 100€/KWh

Elektromobilität gleich moderner Fahrspaß ohne Nachteile? Nicht ganz – so ist die Batterie derzeit noch verhältnismäßig teuer und bedingt hohe Anschaffungskosten für Elektrofahrzeuge. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken forscht PEM in verschiedenen Bereichen der Batterieproduktion. Ziel ist die Entwicklung von Maßnahmen zur Prozesskostenreduktion und Befähigung von Produktinnovationen, um die Batteriekosten im Gesamt-Batteriepack auf unter 100 Euro pro Kilowattstunde zu senken. Forschungsthemen sind dabei zum Beispiel eine Reduktion von Trockenraumanforderungen durch Mini-Environments an den Anlagen sowie die Befähigung von Post-Lithium-Technologien für z.B. Solid-State-Batterien. Dabei stehen nicht nur die Produktionsprozesse der Batteriezellen, -module und –packs im Fokus, sondern auch die vor- und nachgelagerten Wertschöpfungsstufen. So sollen die Lebenszykluskosten von Batteriesystemen durch Re-Manufacturing oder optimierte Materialherstellungsprozesse mittelfristig reduziert werden. Digitalisierung und Industrie 4.0 optimieren die Fertigungskette bezüglich Qualität und Kosten zusätzlich und sorgen für eine Reduktion der aktuell hohen End-of-Line Kosten.

Assemblierung von Lithium-Ionen-Batteriezellen - Foto © PEM der RWTH Aachen

Assemblierung von Lithium-Ionen-Batteriezellen – Foto © PEM der RWTH Aachen

Mobile Montage

Dezentrale, gebäudeunabhängige, hochflexible, autonome und digitalisierte Montagemöglichkeiten – das macht das Forschungsfeld der mobilen Montage aus. Die langfristige Vision ist eine flexible dezentrale Produktion z.B. in einer Multifunktionshalle. Eine Substitution aufwendiger Justageprozesse durch additiv hergestellte Ausgleichselemente für robuste Prozesse oder eine automatisierte Herstellung von Vorrichtungen zur Befähigung eines dezentralen Betriebsmittelbaus sind zwei der zukunftsweisenden Forschungsthemen. Durch den Bau von modularen Montagevorrichtungen soll das Ziel erreicht werden, Vorrichtungskosten und Planungsaufwände im Vergleich zu aktuellen Systemen um 50 Prozent zu reduzieren. Ergänzend werden derzeit emissionsfreie Gesamtsysteme für Städte entwickelt, durch updatefähige Fahrzeugkonzepte die Erstnutzungsdauer von Elektrofahrzeugen verlängert und eine Befähigung von selbstfahrenden E-Fahrzeug-Chassis in der Endmontage angestrebt, um strukturelle Flexibilität und eine Reduktion von Infrastrukturinvestitionen zu erreichen. So soll die Frage nach der Veränderung der automobilen Wertschöpfung der Zukunft und der sich ergebenden Geschäftsmodelle und Rollenverteilungen umfassend beantwortet werden.

Laserschweißanlage - Foto © PEM der RWTH Aachen

Laserschweißanlage – Foto © PEM der RWTH Aachen

Flexibler Karosseriebau

Auch Technologien und Gestaltungsansätze zur Flexibilisierung des Karosseriebaus können zu einer Kostenreduzierung im Hinblick auf die Elektromobilität beitragen. Im Zentrum stehen dabei Technologien und Gestaltungsansätze zur Flexibilisierung des Karosseriebaus. So bildet die Substitution von Vorrichtungen durch Steckverbindungen neben flexiblen Anbindungskonzepten für Kunststoffkomponenten in Space-Frame-Karosserien die Grundlage für serientaugliche und teilautomatisierte Produktionskonzepte. In der Anlauffabrik an der RWTH Aachen existieren daher verschiedene Anlagen, Demonstratoren und Konzepte für Produktionsprozesse, bauteilintegrierte Vorrichtungen, und flexible Vorrichtungskonzepte für Kleinserien. So kann die betriebene Forschung direkt in der Praxis angewendet und validiert werden.

Primotypenbau

Frühe Prototypen bilden die Grundlage für einen schnellen Lernprozess und eine Beschleunigung von Industrialisierungszeiten. Um dies zu erreichen werden verschiedene Ansätze im Themenfeld bei PEM verfolgt. Der wirtschaftliche Einsatz von 3D-Druck für Prototypen und Vorserien und die Integration früher Prototypen in den Produktentwicklungsprozess zur frühen Unterstützung und Validierung der Produktionsplanung sind nur zwei Ansätze bei PEM. Zusätzlich wird eine Steigerung der Technologiereife in der Produktvorentwicklung durch ein dynamisches Reifegradmanagement erreicht. Auch hier sorgen Industrie-4.0-Technologien für eine Optimierung des Gesamtprozesses.

Prototypenbau E-Fahrzeuge - Foto © PEM der RWTH Aachen

Prototypenbau E-Fahrzeuge – Foto © PEM der RWTH Aachen

Auf der PEM Forschungsroadmap stehen weitere Themen für die Zukunft. Neben dem Remanufacutring bietet die nächste Generation von Elektroantrieben das Potenzial, die Kosten für Elektrofahrzeuge weiter zu reduzieren und die Fahrleistung zu erhöhen. Für autonome Systeme werden spezifische Funktionen des autonomen Fahrens und deren flexible Integration in eine Plattform erforscht. Bezogen auf die Produktion liegt der Schwerpunkt in der autonomen JIT-Logistik.

Mit einem Gesamtinvestment von über 20 Millionen Euro kann eine automobile Kleinserienproduktion praxisnah erforscht werden. Neben Produktionsanlagen stehen eine breite Test-Infrastruktur sowie ein großer Pool aktuellster Softwaretools zur Verfügung. Interdisziplinäre und hochqualifizierte Teams runden das PEM Profil ab. Durch das breite Partnernetzwerk können Turnkey Lösungen in unterschiedlichsten Industrien angeboten werden.

Nur durch die konstante erfolgreiche Zusammenarbeit der Partner aus Industrie und Forschung wird die Produktion von Elektrofahrzeugen stetig günstiger gestaltet werden und sich eine elektrische Mobilität in allen Bereichen nachhaltig durchsetzen können.

 

Veranstaltungshinweis: 4. Elektromobilproduktionstag

Gerne laden wir alle Interessenten zur gemeinsamen Diskussion im Rahmen unseres
4. Elektromobilproduktionstages am 26.10.2016 in Aachen ein. Im Zuge von Plenarvorträgen werden Einschätzungen auf Trends und Lösungen zu aktuellen Fragestellungen der Elektromobilproduktion gegeben. Neben den Plenarsessions bietet die Veranstaltung parallele Gruppensessions an, die sich der Produktion elektrischer Komponenten des gesamten Fahrzeuges sowie elektrisch angetriebener Zweiräder widmen. Branchenführer aus der Automobil- und Zulieferindustrie erläutern innovative Lösungen und stellen ihre Erfahrungswerte in realisierter Elektromobilität dar.

Weitere Informationen:
http://www.pem.rwth-aachen.de/cms/PEM/Der-Lehrstuhl/~gehm/Elektromobilproduktionstag/

Alle Fotos Copyright © PEM der RWTH Aachen

 

Dieser Artikel erscheint im Rahmen der Blogparade Elektromobilität 2016 – eine gemeinsame Aktion von stefanfritz.de und Ingenieurversteher.de.

 

Ein Kommentar:


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