Dieses Bild zeigt

FastStorageBW II

Erforschung Neuartiger Hochleistungs- und Hochenergiespeicherzellen und deren Fertigungsmethodik für ihre Herstellung

Projektförderung

Hintergrund

Energiespeicher kommen im digitalen Zeitalter in einer Vielzahl mobiler elektronischer Geräte vor. Einen Einzug in industrielle Fertigungseinrichtungen haben sie bisher nicht gefunden da Lithiumionenspeicher eine unzureichende Stabilität bei hohen Tempe-raturen und limitierte Schnellladefähigkeit besitzen. Eine attraktive Alternativtechnologie kann in so genannten Superkondensatoren gefunden werden, die zudem auch noch eine hohe Zyklenlebensdauer und ultraschnelle Aufladung ermöglichen.


Im Vergleich zu konventionellen Kondensatoren besitzen Superkondensatoren (Supercaps) eine wesentlich höhere Speicherkapazität. Es können Energiedichten von bis zu 50 Wh/kg erreicht werden. Diese Energie können Supercaps wesentlich schneller als gewöhnliche Batterien abgeben und ebenso kurzfristig hohe elektrische Leistungen von mehr als 20 kW/kg bereitstellen. Der Einsatz solcher Supercaps in Industrieanlagen – laut Siemens AG entfallen knapp 70 % des elektrischen Energiebedarfs auf Antriebe – ist mit am Markt verfügbaren Supercaps nicht realisierbar. Vor allem die notwendige zeitlich kurze und zugleich ultraschnelle Aufladung (im Sekundenbereich) bei gleichzeitig hoher Zyklenanzahl (mehr als 100.000) sowie ausreichend hohe Energiedichten erfüllen diese Produkte nicht.

Zielprodukteigenschaften der in diesem Projekt entwickelten Powercaps – abgleitet aus den Eigenschaften herkömmlicher Supercap-Kondensatoren und Batterien (c)
Zielprodukteigenschaften der in diesem Projekt entwickelten Powercaps – abgleitet aus den Eigenschaften herkömmlicher Supercap-Kondensatoren und Batterien

Zielsetzung/Ergebnisse

Unter Führung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA werden leistungsfähigere Speicherzellen, basierend auf einem wässrigen Hybridsystem, entwickelt. Der Nachweis der Ver wendbarkeit dieser Technologie für eine spätere Großserienproduktion geht zwingend einher mit der Erforschung dieser Produkte.

Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen beteiligt sich in diesem Projekt in mehreren Teilprojekten:

  1. Die Abschätzung des Bedarfs der Industrie und der Dimension der Leistungsfähigkeit dieser neuartigen Speichertechnologie wird durch unsere langjährigen erfolgreichen Beziehungen mit lokal ansässigen und deutschlandweiten Industriepartnern ermöglicht. Eine Umfrage bei verschiedenen Industriefirmen im Bereich industrieller Fertigung bestätigt den Bedarf an der neuen Technologie; bisher fanden Ultra- oder Superkondensatoren ihren Einsatz nur in der Intralogistik. Als Grund dafür wird die nicht ausreichende Technik wie zu geringe Zyklenanzahl, unvorteilhafte Baugröße, sowie Kosten pro Leistungskapazität, angeführt; Einsatzmöglichkeiten für Supercaps werden im Bereich Backupspeicher und Rekuperationsanlagen gesehen. Beispielsweise bei Servopressen entsteht dadurch ein großes Potenzial der hier entwickelten Technologie.

  2. Die Implementierung der Steuerungstechnik einzelner Stationen der, in diesem Projekt neu entwickelten Versuchsserienlinie, wird durch das Institut realisiert. Die einzelnen Produktionsstationen werden dabei durch SPS-Technik und IEC 61131-3 Programmierung angesteuert. Hinzu kommt die Integration eines überlagerten Manufacturing Execution System (MES), welches die Steuerung und Kommunikation der einzelnen Stationen untereinander, realisiert durch OPC UA, ermöglicht. Da nicht alle Stationen vollautomatisiert betrieben werden, muss eine Kommunikation zwischen MES und mobilen Endgeräten ebenfalls unterstützt werden.

  3. Im Bereich der Demonstratoren beteiligt sich das Institut durch die Projektleitung des Teilprojektes „Demonstratoren, Feld- und Sicherheitstests“. Hier sollte die neu entwickelte Speichertechnologie anhand praxisrelevanter Applikationen (fahrerlose Transportsysteme, Regalbediengeräte, sowie Roboterzellen und Fräsmaschinen in Fer-tigungseinrichtungen) untersucht werden, um deren tatsächliches Einsparpotential zu überprüfen. Entsprechende Sicherheits- und Funktionstest auf Anwendungsebene runden die Arbeiten ab und können so eine fundierte Aussage über die Risiken und Vorteil der PowerCaps treffen.

  4. Neben der Untersuchung der Einsetzbarkeit der Technologie unterstützt das Institut auch die Identifikation zur Einsparung von Energie und Ressourcen für eine energieeffiziente und abfallminimale Produktion.
Klassifizierung von Superkondensatoren und anderen Batterietechnologien (c)
Klassifizierung von Superkondensatoren und anderen Batterietechnologien

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Tempel
Dipl.-Ing.

Philipp Tempel

Wissenschaflicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"