Die Demontage und Entladung von Großbatteriesystemen aus dem Automobil- und Industriebereich im industriellen Maßstab wird in Zukunft eine Schlüsselkompetenz für ein wirtschaftliches Recycling solcher Systeme sein. Ziel muss es sein, große Mengen solcher Systeme in stabilen und wiederholbaren Prozessen unter Berücksichtigung der Arbeits- und Prozesssicherheit (inkl. Brandschutz, Abluft) zu demontieren. Aufgrund fehlender Normen weisen Batteriesysteme eine hohe Varianz in der Gestaltung der Systemelemente und der verwendeten Verbindungstechniken auf. Dies gilt insbesondere für die verwendeten Zellen, die von gewickelten Rundzellen über prismatische Flachwicklungen in Hardcase-Gehäusen bis hin zu gestapelten Elektroden-Separator-Verbunden in Pouchfolie reichen. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Flexibilität der Demontageprozesse. Bestehende Demontageverfahren, wie z.B. die Systemdemontage des Projektpartners Redux, sind daher meist durch aufwändige Handarbeit gekennzeichnet, deren Produktivität und Sicherheit durch das Handling massenintensiver Hochspannungskomponenten begrenzt ist.
Institut für Füge- und Schweißtechnik
Das Projekt "Variantenflexible und automatisierte Trennung von Verbindungen im Demontageprozess von Batteriesystemen" (Projektstichwort VaTreBat) setzt an diesem Punkt an und entwickelt ein Verfahren zur automatisierten Demontage von Batteriesystemen bis auf Zellebene mit dem Fokus auf Variantenflexibilität, Sicherheit und Produktivität.
Um einen automatisierten und variantenflexiblen Demontageprozess zu realisieren, analysiert das Konsortium zunächst die spezifischen Herausforderungen bei der Demontage von Batteriesystemen auf Basis des vollständig manuellen Referenzprozesses des Projektpartners Redux. Auf Basis dieser Analyse werden konkrete Anforderungen an die Automatisierung der Teilprozesse "Erkennen und Verarbeiten von Informationen über Verbindungen", "Trennen von Verbindungen" und "Handhabung von Systemkomponenten" abgeleitet. Basierend auf diesen Anforderungen werden die Abhängigkeiten und Einflussgrößen dieser drei Teilprozesse in drei parallelen Arbeitspaketen experimentell untersucht.
Für die Lokalisierung und Klassifizierung von Gelenken und Systemkomponenten entwickelt das Projektkonsortium eine Kombination aus stationären und robotergeführten Sensoren, bestehend aus Kamera- und Lasersystemen. Mittels maschinellem Lernen werden die Daten der Sensoren ausgewertet, um die zu handhabenden Gelenke und Komponenten im Koordinatensystem der Demontageanlage zu lokalisieren und zu klassifizieren. Dies versorgt die nachfolgenden automatisierten Trenn- und Handhabungsprozesse mit den notwendigen Informationen über die zu trennenden Verbindungen.
Zum universellen, berührungslosen und minimalinvasiven Trennen setzt der Trennprozess auf den Einsatz von Laser- und Wasserstrahlschneidverfahren. Mittels einer Einflussstudie werden die Einflussgrößen der verschiedenen Fügeverbindungen auf den Trennprozess analysiert und geeignete Prozessvarianten für das Trennen entwickelt. Bei der Untersuchung und Entwicklung des anschließenden Handhabungsprozesses werden die verschiedenen Komponenten des Batteriesystems hinsichtlich der Handhabungseigenschaften analysiert und auf dieser Basis ein variantenflexibles Handhabungssystem entwickelt. Das Handhabungssystem nutzt die durch die Lokalisierung und Klassifizierung gewonnenen Informationen auch zur Planung und Umsetzung einer bauteilspezifisch optimalen Handhabungsstrategie.
Die entwickelten Lösungsvarianten der drei Teilprozesse werden zu einem gekoppelten Demontagekonzept zusammengefasst. Auf dieser Basis wird ein Demonstratorprozess aufgebaut und experimentell mit dem bestehenden Referenzprozess des Projektpartners Redux verglichen und bewertet. In einem abschließenden Arbeitspaket wird das Konsortium die notwendigen Schnittstellen der Teilprozesse untereinander und zu vor- und nachgelagerten Prozessen analysieren und ein Konzept zur Skalierung des entwickelten Demonstrationsprozesses in den industriellen Maßstab vorschlagen.