Effizientere Beschichtungsprozesse in der Batterieproduktion

Der Batteriemarkt wächst rasant – angetrieben vom globalen Wandel hin zu erneuerbaren Energien und der zunehmenden Bedeutung von Elektrofahrzeugen und Netzspeicherung. Maschinenbauer wie Hirano stehen vor der Herausforderung, die Produktionskapazitäten zu erhöhen und gleichzeitig Kosten zu senken, ohne Kompromisse bei Qualität und Sicherheit einzubüßen. Ein zentraler Schritt in der Fertigung ist das Beschichten von Folienstreifen mit mehreren aktiven Schichten zur Bildung der Batterieelektroden. Bereits kleinste Fehler in diesem sensiblen Prozess können die Leistung und Lebensdauer der Batterien erheblich beeinträchtigen. Daher ist eine genaue Überwachung und Steuerung der Geschwindigkeit und Spannung während des Beschichtungsprozesses unerlässlich.

Ein wichtiges Element der Zusammenarbeit war die Entwicklung eines digitalen Zwillings für Batteriefertigungsanlagen. Mithilfe der Siemens Simulationssoftware Simcenter konnte Hirano erfolgreich einen digitalen Zwilling einer Batteriebeschichtungsmaschine simulieren und testen. Grundlage dafür sind Echtzeitdaten aus einer Simatic-Steuerung sowie Sinamics-Antrieben, die die Pilotanlage automatisieren. Das Ergebnis ist ein hochpräzises digitales Modell, das Performance-Tests ermöglicht. Durch den Einsatz von Simcenter Amesim, einer Systemsimulationslösung, die Teil der Siemens Xcelerator-Plattform ist, können die Design-Ingenieure von Hirano das Bahnhandlingsystem der Maschine virtuell analysieren und gezielt optimieren, um den Durchsatz zu maximieren.

In der Vergangenheit steuerte Hirano Maschinen auf Basis von Erfahrungswerten. Ein Vorgehen, das aufgrund fehlerhafter Einstellungen zu mangelhaften Produkten führen konnte. Durch die umfassende Digital-Twin-Technologie von Siemens ist Hirano nun in der Lage, Maschinen in einer virtuellen Umgebung zu konfigurieren und zu testen, bevor physische Prototypen eingesetzt werden müssen. Das reduziert nicht nur den Materialverbrauch, sondern auch potenzielle Produktfehler lassen sich frühzeitig erkennen. Entwicklungsteams können Maschineneinstellungen in der virtuellen Umgebung bis zu fünfmal schneller bewerten und optimieren als im realen Betrieb. Zudem können bis zu 80 Prozent der Simulation und des digitalen Zwillings mit vorkonfigurierten Standardfunktionsbausteinen erstellt werden – was Implementierungs- und Inbetriebnahmezeiten verkürzt und die Entwicklungskosten senkt.

„Wir freuen uns über die Zusammenarbeit mit Siemens zur Weiterentwicklung unserer Batterieherstellungsprozesse“, sagt Katsuhiro Omori, Director und Executive Officer für R&D bei Hirano Tecseed. „Die Integration von Simulationssystemen für Mechatronik und Automatisierung in eine einheitliche Modellierungsumgebung hat Hirano maßgeblich dabei unterstützt, mögliche Produktfehler frühzeitig zu erkennen und die Prozessoptimierung unserer Maschinen in einer virtuellen Umgebung voranzutreiben.“

„Durch den Einsatz unserer modernen Simulations- und Automatisierungstechnologien ermöglicht Siemens Hirano, ein neues Niveau an Effizienz und Qualität in der Batterieproduktion zu erreichen“, ergänzt Michael Thomas, Senior Vice President Factory Automation und Head of Production Machines bei Siemens. „Diese Partnerschaft ist ein eindrucksvolles Beispiel für unser Engagement, Innovationen voranzutreiben und unsere Kunden auf ihrem Weg der digitalen Transformation zu unterstützen.“