Många batterianläggningar i Europa är försenade. Mängden batterier som produceras motsvarar inte de förväntningar och tillkännagivanden som gjorts. Problem inom produktionen finns inte bara hos nya europeiska företag utan även hos etablerade asiatiska celltillverkare [1,2].
Många anläggningar har byggts, men de uppnår inte måtten för framgångsrik produktion. De har för hög mängd spill, maskinerna har för låg tillgänglighet, produktionshastigheten är för låg och effektiviteten i produktionen blir för låg [2].
I en ny publikation från Fraunhofer och Aachen finns en sammanställning av problemens karaktär, varför de händer och möjliga lösningar [2].
Analyserna bygger på konkreta fallstudier med batteritillverkare, dataanalys och förståelse av etablerade bästa praxis.
Hög andel spill och förseningar är dyrt
Kassationsgraden för battericeller är ofta i intervallet 15 till 30 procent under de första åren enligt forskarna [2]. De fortsätter att vara uppåt 10 procent efter 5 år.
En tumregel är att 1% spill kostar 30 000 euro per dag eller tio miljoner euro per år [2].
Om kassationen är 30 procent blir det en kostnad på 900 000 euro per dag.
Förseningar kostar också. Forskarna använder kostnaden 1,1 miljoner euro per dags försening.
Eftersom förseningarna överstiger sju månader och kassationen är så stor som 30 procent blir affärsmodellen för hela anläggningen mycket utmanande.
Förseningarna och kassationsgraden är inte, enligt data från Fraunhofer, begränsade till de nya företagen från Europa utan även de asiatiska företagen som försöker replikera sin fabriksdesign från Asien i Europa har drabbats [2].
Faktorer som påverkar upprampningen av cellproduktion
Upprampning är när produktionen i den riktiga produktionsanläggningen successivt och kontinuerligt ska öka så önskad produktion uppnås. Ofta är stegen innan som prototyptillverkning och förserier producerade på mindre pilotlinor.
Erfarenheten har visat att det är mycket krävande att genomföra upprampningen effektivt.
En av de faktorer som påverkar mest är att det är en hög grad av komplexitet. Till exempel ett fel i elektrodproduktionen kan märkas mycket senare i produktionen. Det är också så många steg i batteriproduktion. Beroende på valet av produktionsdesign kan det vara uppåt 140 olika steg.
En annan viktig faktor är att cellproduktion är så pass ny i USA och Europa. Det finns mycket begränsad erfarenhet hur upprampning ska göras.
Utmaning 1: Organisation
En av nyckelutmaningarna är kopplad till hur organisationen fungerar.
Viktiga utmaningar är att höja kompetensen hos arbetskraften, hantera leveranskedjans komplexitet, driva förändringsarbete och följa branschstandarder.
Forskarna trycker på behovet att arbetskraften inte bara behöver hantera produktionsutrustningen utan också förstå hur batterier fungerar. Det behövs för att kunna hitta problem tidigt och optimera processer.
Det är också nödvändigt att en del av produktionen sker i renrum eller i rum med låg fukthalt. De anställda måste följa kraven för sådana miljöer så det inte blir kvalitetsproblem.
Det finns få personer som arbetat i en cellanläggning i Europa. Det finns därför stort behov av utbildning, men även att erfarenheter från de få som har arbetat i anläggningarna dokumenteras.
Utmaning 2: Teknik
Forskarna anser att det finns hur många tekniska utmaningar som helst att få en cellproduktion att fungera.
Men de anser att de är några produktionssteg som har större utmaningar. De är “mixing, the coating as well as the separating and folding processes” (se figur 6 på sidan 14 för en bra översikt [2]).
De lyfter också behovet av att använda effektiva inspektionssystem för att följa hur maskinerna fungerar.
Forskarna tar också upp behovet av att utveckla så kallade “error catalogs” där alla möjliga fel listas med exempel och troliga orsaker. Dessa finns ofta inte under en upprampningsfas utan måste tas fram.
Slutligen så beskrivs också att det finns så många samverkande faktorer i produktionen och det är så hög grad av automation att komplexitet för att hitta orsaker är mycket komplex.
Utmaning 3: Digitalisering
En stor digital integration av alla maskiner och byggnader är alltmer relevant för att skapa effektiva anläggningar.
Det finns dock utmaningarna att bygga upp digitala system som är flexibla för att kunna hantera nya produktionslinor, nya mätsystem och nya produkter.
Det finns också utmaningar med interoperabilitet mellan olika IT-system i produktionen. Ett digitalt system behöver data för att ge relevant information och ofta namnges data på olika sätt i skilda system. Samt protokoll kan fungera olika.
Egna kommentarer
Jag har inte summerat kapitel 6 i rapporten. Forskarna beskriver där olika metoder och data de kan använda för att arbeta med utmaningarna. Värd att läsa.
Det var intressant att både de asiatiska företagen och de ny europeiska företagen har problem med upprampningen i Europa.
Det finns nog djupare nivåer av förklaringar med utmaningar och lösningar än vad som är beskrivit i rapporten, men den var ändå lärorik.
Referenser
[1] Experts Develop Criteria for Successful Gigafactory Ramp-up. 17 oktober. Fraunhofer FFB. Production Engineering of E-Mobility Components« (PEM) at the RWTH Aachen University länk (pressrelease)
[2] Whitepaper: Mastering Ramp-up of Battery Production. Fraunhofer FFB. Production Engineering of E-Mobility Components« (PEM) at the RWTH Aachen University. Länk (PDF, 19 sidor)
[3] How to plan a Gigafactory? Fraunhofer FFB. länk
[4] How is a battery cell manufactured? Fraunhofer FFB. länk