Da die Elektrifizierung im Automobilsektor und anderen energieintensiven Industrien immer schneller voranschreitet, steigt die Nachfrage nach fortschrittlichen Batterietechnologien in einem beispiellosen Tempo. Laut einem aktuellen Bericht von McKinsey wird der weltweite Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien voraussichtlich jährlich um etwa 33 % wachsen – von rund 700 GWh im Jahr 2022 auf etwa 4,7 TWh bis 2030.*
Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen sowohl neue (Greenfield) als auch bestehende (Brownfield) Batteriefertigungsstätten ihre Produktionskapazitäten rasch ausbauen und dabei strenge Qualitätsstandards sowie Kosteneffizienz beibehalten. Dies ist besonders herausfordernd angesichts der inhärenten Komplexität und der schnellen Innovationszyklen in der Batterieentwicklung und -produktion. Hersteller benötigen eine speziell entwickelte, digitale Lösung, die eine vollständige Kontrolle über den gesamten Fertigungszyklus ermöglicht – von der fortschrittlichen Zell- und Modulentwicklung über die Optimierung der Produktionslinie und Fertigungssteuerung bis hin zu hochpräzisen Qualitätsprüfungen und Tests.
Als Siemens Expert Partner mit über 30 Jahren Erfahrung in der Hightech-Fertigung unterstützen wir Batteriehersteller dabei, diese Herausforderungen zu bewältigen, indem wir bewährte Strategien aus anderen Branchen wie der Halbleiter-, Solar- oder Elektronikindustrie nutzen:
Begleiten Sie uns in dieser Serie, in der wir die Herausforderungen in der Batteriefertigung beleuchten und zeigen, wie moderne, integrierte und branchenspezifische Smart-Factory-Lösungsplattformen die Antwort darauf sind.
In dieser Serie schlüsseln wir die wichtigsten Herausforderungen in der Batterieproduktion – und stellen Lösungen vor, welche die nächste Generation der Fertigung vorantreiben.
Die erste Herausforderung auf dem Weg zur Fertigungsperfektion ist die Skalierbarkeit. Angesichts des exponentiellen Nachfragewachstums wird erwartet, dass selbst mittelgroße Batteriefabriken schnell hochfahren müssen – mit einer Produktion von Hunderttausenden Zellen pro Tag –, während große Gigafactories täglich mehrere Millionen Zellen liefern könnten. Doch Skalierbarkeit bedeutet mehr als nur eine Steigerung des Outputs. Es geht darum, große Mengen der richtigen Zellen zu produzieren, durchgehend Leistungsstandards einzuhalten und sich möglichst flexibel an Veränderungen anzupassen, die beim Übergang von Pilotlinien zur Vollproduktion auftreten.
Die Batteriefertigung umfasst komplexe Prozessinteraktionen, die sich beim Skalieren erheblich verändern können und direkt Qualität, Effizienz und Ausbeute beeinflussen. Ohne die Nutzung smarter digitaler Fertigungsmöglichkeiten wird das Management dieser Variablen während des Skalierungsprozesses zu einer großen Herausforderung.
Qualität ist entscheidend – nicht nur, um in einer abfallempfindlichen Branche kosteneffizient zu bleiben, sondern auch um eine nachvollziehbare Einhaltung sicherzustellen und das volle Leistungspotenzial ihrer Ingenieursarbeit auszuschöpfen.
Darüber hinaus erhöht das Skalieren den Druck auf die Lieferkette: Rohstoffe müssen nicht nur der steigenden Nachfrage gerecht werden, sondern auch höheren Qualitätsanforderungen entsprechen. Eine nahtlose Integration entlang der Wertschöpfungskette – von Rohstoffverarbeitern bis hin zu Zell- und Modulherstellern – wird unerlässlich.
Virtuelle Entwicklung der Fertigung – Simulation und Optimierung von Produktionslinien vor der Implementierung
Dieser Ansatz nutzt Digital-Twin-Technologien, um Produktionslinien (Teilbereiche oder bis hin zu kompletten) virtuell zu entwerfen und per Simulation zu testen, bevor diese physisch auf dem Shopfloor den Echtbetrieb aufnehmen. Durch die Simulation des gesamten Fertigungsprozesses lassen sich potenzielle Probleme frühzeitig identifizieren, wodurch Risiken und Verzögerungen während der Skalierung minimiert werden. Dies gewährleistet einen reibungsloseren Übergang von der Pilot- zur Massenproduktion bei gleichzeitiger Sicherstellung einer hohen Effizienz und Produktqualität.
Eine kollaborative Plattform für Smart Manufacturing ermöglicht eine Echtzeit-Zusammenarbeit zwischen den Bereichen Engineering, Produktion und Maschinenbau. Indem alle Beteiligten auf derselben Plattform zusammenarbeiten, wird die Entwicklung und Optimierung der Produktionssysteme beschleunigt, wodurch sichergestellt wird, dass alle Elemente aufeinander abgestimmt sind und bereit für die Massenproduktion sind. Dieser kollaborative Ansatz reduziert Fehler, beschleunigt die Skalierung und verkürzt die Markteinführungszeit.
Bleiben Sie dran, wenn wir die nächste Herausforderung in dieser Serie erkunden: Komplexe Prozesssteuerung.
*Quelle: McKinsey & Company Battery 2030: Resilient, sustainable, and circular