Speicherfertigung Automatisierung für die Batterieproduktionfiles.messe.de/001/media/02informationenfrbesucher/vortraege/2013_14/... · Die Fabrik der Zukunft bedeutet die Integration

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Speicherfertigung Automatisierung für die Batterieproduktion

Battery Industry

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Industry Sector Seite 2 03/2013

Übersicht der Siemens Aktivitäten im eCar Umfeld

Outside eCar Inside eCar eCar Produktion

Automatisierung von

Fahrzeugproduktion

E-Motoren-Produktion

Batterieproduktion

Batteriezelle Batteriepack

Energieversorgung, Speicher-

und Lastflussmanagement

Mittelspannungsverteilung

Smart Grid und Metering

Laden

E-Motor

Leistungselektronik

3~ 400V/

up to 125A

1~ 230V/ 16A

DC/AC

AC/DC

DC/ DC

14V vehicle electrical system

1~110V/ 32A

air cooling

650 … 840V

VPM

water cooling

35°C

60°C

70°C

Li Ion Battery

30 kWh capacity

Air condition

PM SM

E-Machine

3~ 3~

=

=

=



OEMs aus Branchen mit ähnlichen Prozessen

drängen in die neue Branche Batteriefertigung

Li-Ion Speicher- Technologie

Märkte OEMs mit Zielmarkt

Automotive

Heavy Industry

Energy Storage

Automotive

Folien

Papier

Solar

Elektroden

Batteriezellen

Batteriepack



Regionalisierung der Fertigungsstandorte für

Batteriezellen und Batteriepacks



Maschinenbau ist zentraler Erfolgsfaktor für

leistungsfähigere und kostengünstigere Batterien



Batteriekosten sind wesentlich für den Durchbruch

der Elektromobilität vom Trend zum Mainstream

Annahme Lithium-Ionen-Batteriekosten ($ per Kilowattstunde (kWh) Pack Level)

Quelle: OEM and supplier interviews conducted in Asia, Europe and North America; McKinsey analysis

Hoch

Mittel

Niedrig

Szenario

750

1,000

1,250

1,500

1,750

2,000

0

250

500

2025 2030 2006 2010 2015 2020

281 $

~ 1.100 $

~ 720 $

~ 390 $

Erfordert voll-automatisierte und verkettete Produktionslinien

Quelle: OEM and supplier interviews conducted in Asia,

Europe and North America; McKinsey analysis



Material-herstellung

Elektroden-herstellung

Zellen-herstellung

Batterie-herstellung

Batterie-integration

Wertschöpfungskette bei der Batterienfertigung

5 1 2 3 4

Zellproduktion

Zellinbetriebnahme

Aufbau von Batterie-modulen/ -packs

Aufbau- und Verbin-dungstechnik

Temperierung

Batteriemanagement

Sicherheits-/Perfor-mancetests

Integration des Batterie-Packs in das e-Fahrzeug

Anode

Kathode

Folie

Separator

Anodenmaterial

Kathodenmaterial

Bindemittel

Ruße

Separatoren

Elektrolyte

etc.

Maschinenbauer



Zell-

montage Kontaktierung

Batterie-

management

Klima-

management

Funktions-

test

Überblick Elektroden-/ Batteriezell-/

Batteriepackfertigung

Produktionsprozess für die Li-Ion-Batterie

Kalandrieren Trocknen Beschichten

Trocknen

Mischen

Dispergieren

BM

BM

BM

BM

Stanzen

Nachglätten

Montage

Stapeln, Kontaktieren,

Casing, Siegeln

Elektrolyt-

dosierung Formierung

M M

M

M

M

M

Grading

Elektroden-

produktion

Zell-

produktion

Batteriepack-

produktion

Verpacken

Packing

http://www.sblimotive.com/uploads/pics/2009-04-07_hev_totale_products.jpg



Das durchgängige Produkt- und Systemspektrum

für die Automatisierung in der Batteriezellfertigung

Maintenance

Station SCADA / DCS

Linienautomatisierung

Netzwerk

MES/ ERP

Visualisierung

Steuerung

Antriebe

Peripherie

Coating Punching Assembly Filling Formation Aging Grading Mixing



Fehlerquellen im Gesamtprozess

Zellfertigung Elektrodenfertigung

Messpunkte

Temperatur-

Messpunkte

Qualitäts-

MesspunktQualitäts-

Messpunkt

Qualitäts-

Messpunkt

Detektion

SchlechtteileQualitäts-

Messpunkt

Slitter/puncher*5Mixer1 Coating2 Compressing3 Drying*4 Drying*4 Packing10Assembly6 Dry room7 Formation/aging8 Grading9

R RR RR R

Verunreinigung

Dosierung

Viskosität

Trocknung

Porösität

Haftung

Schichtdicke

Kanten

Partikel

Schichtdicke

Porösität

Schnittgrate

Kantenbruch

Schmutz

Hohe Dynamik

Separieren

Stapellage

Schmutz/Grate

Blasenbildung

Dosierung

Verteilung

Kontaktierung Über-/Unterkapazität

Anodes Cathodes Separator foils

Table with camera system

Pick - up of electrodes/separators

Virtual cross - hairs

Vacuum gripper with camera system



Wie lange ist meine Anlage im Durchschnitt

gestört?

Welches sind die Hauptursachen für Stillstände?

Welche Verluste hat die Anlage?

Wie verfügbar ist meine Anlage derzeit?

Welche Produktqualität wird aktuell produziert?

Mit welcher Leistung läuft die Maschine aktuell?

%?

Unsere Lösung Fragen des Anlagenbetreibers

Wie kann ich verschiedene Maschinen und

Schichten vergleichen?

Zentrale Erfassung und

Auswertung aller Maschinen-

und Prozessdaten.

Ermittlung von zeitabhängigen

Kennzahlen für Aggregate,

Maschinen und Produktions-

linien.

Skalierbare Anlagen-

konfiguration gemäß

Anlagenauslegung.

Bei Bedarf Erhöhung der

Systemverfügbarkeit durch

redundante Systemauslegung.

Validierung und Rückverfolg-

barkeit von Projektänderungen

Erkennung und Analyse der Prozess- und

Produktqualität



Anwenderspezifische Darstellung der Daten

SCADA- und MES-Lösungen für Produktqualität, Tracking & Tracing, Linienkontrolle, Arbeitsanweisungen

Evaluierung des Produktionsprozesses auf Basis von vordefinierten und individuellen Kennzahlen

Evaluierung des Anlagen-, Linien- und Maschinenstatus fokussiert auf die Optimierung und die Vermeidung von

Stillständen.

Zugriff auf alle relevanten Prozessdaten

OEE / KPI View Messages / Alarms Reports

Trends DownTime Monitor Visualization Maintenance

System Diagnostics

Anwender-

spezifische

Aufbereitung

der Maschinen

und Anlagen-

daten abhängig

von den

benötigten

Sichten

Coating Mixing Calandering

Prozessdaten

Qualitätsdaten

KPI, OEE

Prozessdaten

Qualitätsdaten

KPI, OEE

Prozessdaten

Qualitätsdaten

KPI, OEE

SCADA / MES System



Aussteuerung der eingebundenen Maschinen und schnelle Reaktion auf

Prozessstörungen

Aufgaben eines Leitsystems

Übergeordnetes Management der Maschinen

Auslastung der Maschinen optimieren

Aktivierung / Deaktivierung der Maschinen

„Grobe“ Steuerung der Maschinen

(Automatik, Start, Stop, Grundstellung, Leerfahren)

Materialflusssteuerung (Verteilung der Aufträge auf die

Maschinen, Routing-Strategie in der Anlage, Ein- und

Ausschleuse-Strategie)

Material-Tracking

Rezepturverwaltung

Auftragsverwaltung

Steuerung der „verbindenden“

Transport- und Handlingssysteme

MES-Anbindung

SCADA- / MES- System

Assembly Welding Housing



Aufgaben der eingebundenen Maschinen

Kommunikationsschnittstelle für das Leitsystem zur

Verfügung stellen

Meldung der Maschinenkennung an das Leitsystem

Aufträge des Leitsystems annehmen, ausführen oder

ablehnen

Produkt-ID der ankommenden Produkte an das

Leitsystem melden

Meldung des Maschinenstatus (Prozess in Bearbeitung,

blockiert, Störung, neu Beladen, usw.)

Materialbearbeitung durchführen

Erfassung aller Prozessdaten und Weitergabe an das

Leitsystem

Datentechnische Integration eines Inline-Messsystem

(optional)

SCADA- / MES- System

Bearbeitung der erhaltenen Aufträge, Erfassung aller Prozessdaten und

Weitergabe an das Leitsystem

Assembly

Prozessdaten

Qualitätsdaten

KPI, OEE



Zusammenfassung

Kundennutzen

Die Fabrik der Zukunft bedeutet die Integration von Produkt

und Produktlebenszyklus mit Siemens PLM + Totally

Integrated Automation

Erfassen und Auswerten aller wichtigen KPIs

Tracking & Tracing, Reporting, Anlagenverfügbarkeit (OEE)

Leistungsfähige Prozess- und Systemdiagnose, Security,

Safety Integrated, Einsatz von Standardkomponenten

Durchgängigkeit und Offenheit auf Basis Profinet

Profi-Energy für intelligente Energieeffizienz-Steigerung

Beispiel Elektrodenfertigung

Automatisierungslösung

Qualitätsmessung- und Optimierung

Beispiel Beschichten: - Schichtdickenmessung

(+/- 1µm mit α- oder γ-Strahlung)

- Flächenmasse (Homogenität)

Beispiel Schneiden: - Scharfe Schnittkanten ohne Grat

- Keine Beschädigung der Beschichtung

- Schmutz

Produktivität - Transparenz

- Anlagenverfügbarkeit

- Identifizierung von Engpässen

- Flexibilität

Anforderungen

Totally Integrated Automation Industry Automation Portfolio

Flexibilität

Produktivität

Effizienz

Industry Automation

Drive Technologies

ERP

PLM/

MES

PLC/DCS/HMI

Sensors/Low Voltage Motors/Drives

MC/CNC

Prozessleitsysteme

Niederspannungs-

Schalttechnik

Prozessinstrumente

Automatisierungs-

systeme

RFID Systeme

Industrielle

Kommunikation

Bedien- und

Beobachtunsegeräte

PLM Software

Manufacturing

Execution Systems

Warenwirtschaftssystem ( ERP )

Anlagenverkettung in der Produktion horizontale + vertikale Integration

SCADA / DCS Produktionsdaten Qualitätsdaten

Auftragssteuerung Produktrückverfolgung MES System

Energiedaten

Slitter/puncher*5Mixer1 Coating2 Compressing3 Drying*4 Drying*4


Rainer Sterk

Business Development

GER I S WEST

Franz-Geuer-Str. 10

50823 Köln

E-Mail: [email protected]

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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