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© Siemens AG 2013. Alle Rechte vorbehalten.
Speicherfertigung Automatisierung für die Batterieproduktion
Battery Industry
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Industry Sector Seite 2 03/2013
Übersicht der Siemens Aktivitäten im eCar Umfeld
Outside eCar Inside eCar eCar Produktion
Automatisierung von
Fahrzeugproduktion
E-Motoren-Produktion
Batterieproduktion
Batteriezelle Batteriepack
Energieversorgung, Speicher-
und Lastflussmanagement
Mittelspannungsverteilung
Smart Grid und Metering
Laden
E-Motor
Leistungselektronik
3~ 400V/
up to 125A
1~ 230V/ 16A
DC/AC
AC/DC
DC/ DC
14V vehicle electrical system
1~110V/ 32A
air cooling
650 … 840V
VPM
water cooling
35°C
60°C
70°C
Li Ion Battery
30 kWh capacity
Air condition
PM SM
E-Machine
3~ 3~
=
=
=
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Industry Sector Seite 3 03/2013
OEMs aus Branchen mit ähnlichen Prozessen
drängen in die neue Branche Batteriefertigung
Li-Ion Speicher- Technologie
Märkte OEMs mit Zielmarkt
Automotive
Heavy Industry
Energy Storage
Automotive
Folien
Papier
Solar
Elektroden
Batteriezellen
Batteriepack
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Industry Sector Seite 4 03/2013
Regionalisierung der Fertigungsstandorte für
Batteriezellen und Batteriepacks
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Industry Sector Seite 5 03/2013
Maschinenbau ist zentraler Erfolgsfaktor für
leistungsfähigere und kostengünstigere Batterien
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Industry Sector Seite 6 03/2013
Batteriekosten sind wesentlich für den Durchbruch
der Elektromobilität vom Trend zum Mainstream
Annahme Lithium-Ionen-Batteriekosten ($ per Kilowattstunde (kWh) Pack Level)
Quelle: OEM and supplier interviews conducted in Asia, Europe and North America; McKinsey analysis
Hoch
Mittel
Niedrig
Szenario
750
1,000
1,250
1,500
1,750
2,000
0
250
500
2025 2030 2006 2010 2015 2020
281 $
~ 1.100 $
~ 720 $
~ 390 $
Erfordert voll-automatisierte und verkettete Produktionslinien
Quelle: OEM and supplier interviews conducted in Asia,
Europe and North America; McKinsey analysis
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Industry Sector Seite 7 03/2013
Material-herstellung
Elektroden-herstellung
Zellen-herstellung
Batterie-herstellung
Batterie-integration
Wertschöpfungskette bei der Batterienfertigung
5 1 2 3 4
Zellproduktion
Zellinbetriebnahme
Aufbau von Batterie-modulen/ -packs
Aufbau- und Verbin-dungstechnik
Temperierung
Batteriemanagement
Sicherheits-/Perfor-mancetests
Integration des Batterie-Packs in das e-Fahrzeug
Anode
Kathode
Folie
Separator
Anodenmaterial
Kathodenmaterial
Bindemittel
Ruße
Separatoren
Elektrolyte
etc.
Maschinenbauer
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Industry Sector Seite 8 03/2013
Zell-
montage Kontaktierung
Batterie-
management
Klima-
management
Funktions-
test
Überblick Elektroden-/ Batteriezell-/
Batteriepackfertigung
Produktionsprozess für die Li-Ion-Batterie
Kalandrieren Trocknen Beschichten
Trocknen
Mischen
Dispergieren
BM
BM
BM
BM
Stanzen
Nachglätten
Montage
Stapeln, Kontaktieren,
Casing, Siegeln
Elektrolyt-
dosierung Formierung
M M
M
M
M
M
Grading
Elektroden-
produktion
Zell-
produktion
Batteriepack-
produktion
Verpacken
Packing
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Industry Sector Seite 9 03/2013
Das durchgängige Produkt- und Systemspektrum
für die Automatisierung in der Batteriezellfertigung
Maintenance
Station SCADA / DCS
Linienautomatisierung
Netzwerk
MES/ ERP
Visualisierung
Steuerung
Antriebe
Peripherie
Coating Punching Assembly Filling Formation Aging Grading Mixing
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Industry Sector Seite 10 03/2013
Fehlerquellen im Gesamtprozess
Zellfertigung Elektrodenfertigung
Messpunkte
Temperatur-
Messpunkte
Qualitäts-
MesspunktQualitäts-
Messpunkt
Qualitäts-
Messpunkt
Detektion
SchlechtteileQualitäts-
Messpunkt
Slitter/puncher*5Mixer1 Coating2 Compressing3 Drying*4 Drying*4 Packing10Assembly6 Dry room7 Formation/aging8 Grading9
R RR RR R
Verunreinigung
Dosierung
Viskosität
Trocknung
Porösität
Haftung
Schichtdicke
Kanten
Partikel
Schichtdicke
Porösität
Schnittgrate
Kantenbruch
Schmutz
Hohe Dynamik
Separieren
Stapellage
Schmutz/Grate
Blasenbildung
Dosierung
Verteilung
Kontaktierung Über-/Unterkapazität
Anodes Cathodes Separator foils
Table with camera system
Pick - up of electrodes/separators
Virtual cross - hairs
Vacuum gripper with camera system
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Industry Sector Seite 11 03/2013
Wie lange ist meine Anlage im Durchschnitt
gestört?
Welches sind die Hauptursachen für Stillstände?
Welche Verluste hat die Anlage?
Wie verfügbar ist meine Anlage derzeit?
Welche Produktqualität wird aktuell produziert?
Mit welcher Leistung läuft die Maschine aktuell?
%?
Unsere Lösung Fragen des Anlagenbetreibers
Wie kann ich verschiedene Maschinen und
Schichten vergleichen?
Zentrale Erfassung und
Auswertung aller Maschinen-
und Prozessdaten.
Ermittlung von zeitabhängigen
Kennzahlen für Aggregate,
Maschinen und Produktions-
linien.
Skalierbare Anlagen-
konfiguration gemäß
Anlagenauslegung.
Bei Bedarf Erhöhung der
Systemverfügbarkeit durch
redundante Systemauslegung.
Validierung und Rückverfolg-
barkeit von Projektänderungen
Erkennung und Analyse der Prozess- und
Produktqualität
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Industry Sector Seite 12 03/2013
Anwenderspezifische Darstellung der Daten
SCADA- und MES-Lösungen für Produktqualität, Tracking & Tracing, Linienkontrolle, Arbeitsanweisungen
Evaluierung des Produktionsprozesses auf Basis von vordefinierten und individuellen Kennzahlen
Evaluierung des Anlagen-, Linien- und Maschinenstatus fokussiert auf die Optimierung und die Vermeidung von
Stillständen.
Zugriff auf alle relevanten Prozessdaten
OEE / KPI View Messages / Alarms Reports
Trends DownTime Monitor Visualization Maintenance
System Diagnostics
Anwender-
spezifische
Aufbereitung
der Maschinen
und Anlagen-
daten abhängig
von den
benötigten
Sichten
Coating Mixing Calandering
Prozessdaten
Qualitätsdaten
KPI, OEE
Prozessdaten
Qualitätsdaten
KPI, OEE
Prozessdaten
Qualitätsdaten
KPI, OEE
SCADA / MES System
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Industry Sector Seite 13 03/2013
Aussteuerung der eingebundenen Maschinen und schnelle Reaktion auf
Prozessstörungen
Aufgaben eines Leitsystems
Übergeordnetes Management der Maschinen
Auslastung der Maschinen optimieren
Aktivierung / Deaktivierung der Maschinen
„Grobe“ Steuerung der Maschinen
(Automatik, Start, Stop, Grundstellung, Leerfahren)
Materialflusssteuerung (Verteilung der Aufträge auf die
Maschinen, Routing-Strategie in der Anlage, Ein- und
Ausschleuse-Strategie)
Material-Tracking
Rezepturverwaltung
Auftragsverwaltung
Steuerung der „verbindenden“
Transport- und Handlingssysteme
MES-Anbindung
SCADA- / MES- System
Assembly Welding Housing
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Industry Sector Seite 14 03/2013
Aufgaben der eingebundenen Maschinen
Kommunikationsschnittstelle für das Leitsystem zur
Verfügung stellen
Meldung der Maschinenkennung an das Leitsystem
Aufträge des Leitsystems annehmen, ausführen oder
ablehnen
Produkt-ID der ankommenden Produkte an das
Leitsystem melden
Meldung des Maschinenstatus (Prozess in Bearbeitung,
blockiert, Störung, neu Beladen, usw.)
Materialbearbeitung durchführen
Erfassung aller Prozessdaten und Weitergabe an das
Leitsystem
Datentechnische Integration eines Inline-Messsystem
(optional)
SCADA- / MES- System
Bearbeitung der erhaltenen Aufträge, Erfassung aller Prozessdaten und
Weitergabe an das Leitsystem
Assembly
Prozessdaten
Qualitätsdaten
KPI, OEE
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Industry Sector Seite 15 03/2013
Zusammenfassung
Kundennutzen
Die Fabrik der Zukunft bedeutet die Integration von Produkt
und Produktlebenszyklus mit Siemens PLM + Totally
Integrated Automation
Erfassen und Auswerten aller wichtigen KPIs
Tracking & Tracing, Reporting, Anlagenverfügbarkeit (OEE)
Leistungsfähige Prozess- und Systemdiagnose, Security,
Safety Integrated, Einsatz von Standardkomponenten
Durchgängigkeit und Offenheit auf Basis Profinet
Profi-Energy für intelligente Energieeffizienz-Steigerung
Beispiel Elektrodenfertigung
Automatisierungslösung
Qualitätsmessung- und Optimierung
Beispiel Beschichten: - Schichtdickenmessung
(+/- 1µm mit α- oder γ-Strahlung)
- Flächenmasse (Homogenität)
Beispiel Schneiden: - Scharfe Schnittkanten ohne Grat
- Keine Beschädigung der Beschichtung
- Schmutz
Produktivität - Transparenz
- Anlagenverfügbarkeit
- Identifizierung von Engpässen
- Flexibilität
Anforderungen
Totally Integrated Automation Industry Automation Portfolio
Flexibilität
Produktivität
Effizienz
Industry Automation
Drive Technologies
ERP
PLM/
MES
PLC/DCS/HMI
Sensors/Low Voltage Motors/Drives
MC/CNC
Prozessleitsysteme
Niederspannungs-
Schalttechnik
Prozessinstrumente
Automatisierungs-
systeme
RFID Systeme
Industrielle
Kommunikation
Bedien- und
Beobachtunsegeräte
PLM Software
Manufacturing
Execution Systems
Warenwirtschaftssystem ( ERP )
Anlagenverkettung in der Produktion horizontale + vertikale Integration
SCADA / DCS Produktionsdaten Qualitätsdaten
Auftragssteuerung Produktrückverfolgung MES System
Energiedaten
Slitter/puncher*5Mixer1 Coating2 Compressing3 Drying*4 Drying*4
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Rainer Sterk
Business Development
GER I S WEST
Franz-Geuer-Str. 10
50823 Köln
E-Mail: [email protected]
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
S
p
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c
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B
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siemens.de/battery