In Nordhausen ist das Forschungsprojekt „KiBa-Pro“ zur Digitalisierung der Batteriezellproduktion gestartet. Federführend ist die EAS Batteries GmbH, beteiligt sind Industrie- und Forschungspartner. Das Vorhaben läuft von Juli 2026 bis Juni 2029 und soll die Herstellung von Lithium-Eisenphosphat-Zellen, kurz LFP-Zellen, datenbasiert, vorausschauend und lernfähig machen.

Dafür wird die Fertigungslinie von EAS Batteries umfassend digitalisiert. Zusätzliche Sensoren und Schnittstellen erfassen Produktions-, Material- und Qualitätsdaten und führen sie in einer zentralen Dateninfrastruktur zusammen. Auf dieser Grundlage soll eine virtuelle LFP-Zelle entstehen – ein digitales Abbild der realen Zelle. Klingt sperrig, ist aber praktisch gedacht: Künftige Produktionsänderungen sollen zuerst virtuell simuliert und erst danach in der Fertigung umgesetzt werden.

Wenn die Zelle zum Datensatz wird

KI-Modelle untersuchen Zusammenhänge zwischen Produktionsparametern und Zellmerkmalen. Dazu gehören Schichtdicke, Porosität, Materialdurchsatz und Temperaturprofile ebenso wie Lebensdauer, Kapazität und Leistungsfähigkeit. Fehlerquellen könnten dadurch früher auffallen. Außerdem sollen Entwicklungsaufwand, Ausschussraten und Optimierungszeiten sinken.

Im ersten Projektjahr stehen die digitale Erfassung der Prozesse, der Aufbau von Datenplattformen und die Fertigung erster Referenz-Zellchargen auf dem Plan. Danach sollen die virtuelle Batteriezelle und KI-gestützte Modelle zur Performance-Vorhersage entwickelt werden. Bis zum Projektende wollen die Partner die Methoden industriell validieren und in die Fertigung integrieren.

KiBa-Pro schafft zugleich eine Datenbasis für den digitalen Produktpass auf Zellebene. Die Partner streben eine Steigerung der Zelllebensdauer um mindestens 10 Prozent an; die Produktionsausbeute soll um mindestens 15 Prozent wachsen. Die Lösungen sollen später auch auf andere industrielle Anwendungen übertragbar sein. Für EAS Batteries geht es damit nicht nur um neue Software, sondern auch um Produktionskompetenz und den Batteriestandort Thüringen.

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Partner aus Aachen, Karlsruhe und der Industrie

EAS Batteries übernimmt die Projektkoordination und die Digitalisierung der Zellfertigung. Die RWTH Aachen arbeitet an der Zellcharakterisierung und entwickelt KI-Modelle. Das Karlsruher Institut für Technologie kümmert sich um Forschungsdatenmanagement und automatisierte Messdatenauswertung. Bei der Batalyse GmbH liegen Forschungsdatenmanagement, Messdatenauswertung und der digitale Produktpass. Omron Europe B.V. ist als assoziierter Partner für Automatisierung und Datenerfassung dabei.

Das Projekt gehört zum Handlungsfeld „Skalierungsforschung und Digitalisierung“ des Dachkonzepts Batterieforschung des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt. Der Ort RWTH Aachen passt dabei ganz gut: Hier treffen Zellforschung, Datenarbeit und industrielle Fragen direkt aufeinander – nicht unbedingt mit großem Getöse, eher mit vielen Messwerten auf Bildschirmen und vermutlich reichlich Kaffee.

Digitalisierung als gemeinsames Produktionssystem

Die Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle beschreibt Digitalisierung als Voraussetzung für eine effiziente und nachhaltige Produktion. Maschinen, Produkte, Gebäude und ihre Daten sollen im Sinne von Industrie 4.0 miteinander vernetzt werden. Digitale Technologien dienen dabei einerseits als Werkzeuge, mit denen Aufgaben effizienter bearbeitet werden, andererseits zur Bewertung und Steigerung des Digitalisierungsgrads von Fertigungsanlagen.

Datenanalysen sollen ein tieferes Verständnis einzelner Prozesse ermöglichen und sichtbar machen, wie sich bestimmte Parameter auf nachfolgende Schritte auswirken. In konkreten Anwendungsfällen werden digitale Methoden in der Batteriezellfertigung erprobt und für den industriellen Einsatz weiterentwickelt. Dazu zählen Konzepte für die Rückverfolgbarkeit der Produktion sowie digitale Zwillinge von Produkten, Produktionsprozessen und Gebäuden.

Weil mit der Technik auch der Bedarf an qualifizierten Beschäftigten wächst, bietet Fraunhofer Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten für Einzelpersonen und Unternehmen an. Ohne Menschen, die Daten lesen, Anlagen verstehen und bei Problemen nicht gleich den Stecker ziehen, bleibt auch die schönste Plattform eben nur eine Plattform.

Was digitale Zwillinge schon leisten können

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung beschreibt drei digitale Lösungen für Produktionsprozesse. Bei Mischprozessen bestimmen trainierte KI-Modelle automatisch optimale Prozessparameter. So sollen spezifizierte Eigenschaften der Elektrodenpaste ohne Vorversuche erreicht werden, was die Effizienz des Mischprozesses erhöhen kann.

In Beschichtungsprozessen geht es um die markierungsfreie Einzelsegmentverfolgung von Elektroden. Einzelne Elektrodensegmente lassen sich zurückverfolgen, ohne die Zellchemie der Elektroden zu beeinflussen. Gleichzeitig können qualitätsrelevante Prozessparameter überwacht werden.

Ein weiterer Ansatz ist der digitale Zwilling für Produktionsanlagen. Er ermöglicht die Echtzeitüberwachung und -anpassung von Prozessparametern. Als Beispiel nennt Fraunhofer IPA eine Wickelanlage. Dort sollen höhere Effizienz und bessere Prozessqualität erreicht werden, insbesondere indem Kantenverschiebungen bei den hergestellten Wickeln vermieden werden.

Fraunhofer bietet dafür maßgeschneiderte digitale Lösungen an, die Produktionsziele unterstützen und Effizienz sowie Durchsatz steigern sollen. Für KiBa-Pro bedeutet das: Die Nordhäuser Fertigung wird zum Lernort für eine Batteriezelle, deren Herstellung nicht erst am Ende kontrolliert, sondern Schritt für Schritt mit Daten begleitet wird.