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Sebastian Haag

Dipl.-Ing. Sebastian Haag

Gruppenleiter Elektromobilität
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 014, Geb. 50.36
Tel.: +49 721 608-28286
Fax: +49 721 608-28284
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Campus Süd

Dipl.-Ing. Sebastian Haag

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Produktionsforschung für die Elektromobilität
  • Automatisierte Batteriemontage
  • Maschinen- & Handhabungskonzepte

Veröffentlichungen

[ 1 ] Fleischer, J.; Ruprecht, E.; Baumeister, M. & Haag, S. (2012), „Automated Handling of Limp Foils in Lithium-Ion-Cell Manufacturing “. Leveraging Technology for a Sustainable World, Hrsg. David A. Dornfeld and Barbara S. Linke , Springer, S. 353-356.
Abstract:
Manufacturing lithium-ion cells for automotive applications requires special solutions not only for the production of electrodes and separators, but also for cell assembly as the limp foil sheets are stacked to form a cell stack. The automated handling of limp foils like anode, cathode and especially, the separator, which is also porous, is critical for the life cycle performance of the cells. Therefore, high requirements must be met as regards the applied forces during gripping and the fixing of foils in different handling procedures. A force sensitive handling method has been selected, where the gripping force can be adjusted and regulated in a closed-loop-control. This solution has the potential to contribute to an improvement in the reliability of handling processes for the production of lithium-Ion-cells.

[ 2 ] Fleischer, J.; Ruprecht, E. & Haag, S. (2012), „Produktionstechnische Handlungsbedarfe der Batteriemodulfertigung“, ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Band 9, S. 637-641.
Abstract:
Die Batteriemodulfertigung stellt neben der Zellfertigung einen wichtigen Produktionsschritt der Wertschöpfungskette und Kostentreiber in der Batterieproduktion dar. In der Batteriemodulfertigung werden gefertigte und geprüfte Zellen mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) verbunden und zu funktionsfähigen Modulen montiert. Auf Basis dieses Produktionsschritts der Batteriefertigung werden produktionstechnische Handlungsfelder aufgezeigt. Der Fokus liegt hierbei auf den besonderen Herausforderungen in den Handhabungstechnologien, welche für eine Automatisierung des Produktionsprozesses notwendig sind.

[ 3 ] Fleischer, J.; Ruprecht, E.; Baumeister, M. & Haag, S. (2012), „Das Produktionssystem für Batterien“. Die Zukunft der Fertigungstechnik, Hrsg. Technische Universität Wien, neuer wissenschaftlicher Verlag, S. 7-16.
Abstract:
Die Fertigung neuentwickelter Batterien für die Anwendung in der Elektromobilität stellt eine Vielzahl von Herausforderungen an die Produktionstechnik. Das Fertigungssystem für Batterien muss technologieflexibel, modular, "smart" automatisiert, lernfähig und skalierbar sein. Technologieflexibilität stellt die weitere Verwendbarkeit von Anlagen sicher, auch nach technologischen Weiterentwicklungen der Zelle. Modular bedeutet, dass Anlagenteile verschiedener Hersteller miteinander kombiniert werden können und über ihre Maschinenschnittstellen hinweg in einem Gesamtsystem zusammen agieren. Durch „smarte“ Automatisierung wird eine hohe Produktqualität für die noch unreifen Prozesse der Batterieherstellung bei guter Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Zudem ist das Thema Lernfähigkeit beim Sammeln von Prozesswissen wichtig um dadurch Kosten für die Qualitätssicherung zu reduzieren. Zu guter Letzt müssen Produktionsanlangen skalierbar gestaltet sein um auf die noch unbekannten Anforderungen, die geforderten Stückzahlen betreffend, reagieren zu können.
Um all diesen Ansprüchen gerecht zu werden und die Batteriefertigung auf ein hohes Niveau zu bringen besteht weiterhin großer Forschungs- und Handlungsbedarf.

[ 4 ] Fleischer, J.; Ruprecht, E. & Haag, S. (2013), „Handhaben von Batteriezellen“, wt Werkstattstechnik online, Band 9, S. 644-648.
Abstract:
Handhaben von Batteriezellen
Um Lithium-Ionen-Batteriesysteme kostengünstig zu produzieren, ist eine Automation der Produktion erforderlich. Für die Automatisierung der Produktion von Batteriemodulen sind neue Handhabungslösungen notwendig. Hierfür gilt es beispielsweise, geeignete Greifsysteme zu konzipieren. Daher sind eine systematische Vorgehensweise und eine Charakterisierung der Batterien als Handhabungsobjekt erforderlich.

Handling of battery cells
To realize a cost-efficient production of lithium ion battery systems an automated production is necessary. For the automation of the production of battery modules, new handling systems need to be developed. Therefore, a method for an efficient selection and the characterization of the batteries are needed.

[ 5 ] Haag, M.; Fleischer, J. & Haag, S. (2014), „Automatisierung in der Batteriemodulmontage“, ATZ extra, S. 80-83.
Abstract:
Eine wirtschaftliche Produktion von Batteriemodulen für Elektrofahrzeuge erfordert zwingend eine prozesssichere, automatisierte Herstellung. Dabei ist die Handhabung von zentraler Bedeutung. Im Rahmen des Projekts AutoSpEM erforscht das Karlsruher Institut für Technologie gemeinsam mit Industriepartnern neuartige Handhabungstechniken und Automatisierungslösungen.

[ 6 ] Haag, M.; Haag, S.; Klosok, M.; Kunz, G.; Marquart, J.; Nehring, J.; Schurer, R. & Fleischer, J. (2015), „Automatisierung der Handhabung von Batteriezellen und Rahmen für die Batteriemodulmontage“, ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, S. 460-465.
Abstract:
Für eine Reduktion der Produktionskosten von Batteriemodulen für die Elektromobilität und stationäre Speichersysteme gilt es den gesamten Produktionsprozess - ausgehend von der Anlieferung der Batteriezellen bis hin zur Bildung eines Modulverbundes - zu optimieren. Hierfür werden derzeit neue Ansätze erarbeitet. Handlungsfelder sind hierbei der beschädigungsfreie Zelltransport, auf Pouchzellen angepasste Greif-und Handhabungslösungen sowie neue Stapelbildungsverfahren.

[ 7 ] Haag, S. & Fleischer, J. (2015), „Continuous folding process for the assembly of lithium-ion cells“. Energy, Science and Technology 2015 Book of Abstracts, Hrsg. KIT, S. 353.
Abstract:
Cell manufacturing is unmistakably the main cost driver of the current production process of lithium-ion cells. For achieving a breakthrough in lithium-ion technology in stationary applications and electro-mobility, it is fundamental to reduce costs in cell manufacturing. This reduction can be achieved through cost efficient assembly processes and by increasing the production yield. A significant process in cell manufacturing is the stacking of electrodes and separator foils. State of the art stacking and assembly processes are either complex and time-consuming or they have a lower energy density. Therefore, the development of an advanced cell stacking technology is required.

[ 8 ] Gauchel, W. & Haag, S. (2016), „Servopneumatic Clamping System for the Assembly of Battery Cells in the Area of Electromobility“. 10th International Fluid Power Conference (10.IFK), Hrsg. International Fluid Power Conference, S. 137-148.
Abstract:
This paper describes a new application for servopneumatic drives. In a battery module for automotive applications the pouch cells are clamped between frames. During the assembly the frames needs to be clamped permanently. So a clamping system comprising two drives was developed, which moves four clamp fingers each alternating. In the first chapter the application is described in detail. The second chapter includes a comparison of servoelectric and servopneumatic drives for this application with respect to energy consumption, installation space and purchase cost. The developed clamping unit is described in chapter three as well as a verification of the influence of the preload force on the straightness of the stack. At the end of this paper the conclusions are summed up.

[ 9 ] Haag, S. & Fleischer, J. (2016), „Kontinuierliches Stapelverfahren für Li-Ion-Zellen“, wt Werkstattstechnik online, S. 559-562.
Abstract:
Für einen Durchbruch der Elektromobilität müssen die Batteriezellen kostengünstiger werden. Ein Kostentreiber stellt derzeit noch die Herstellung der großformatigen Pouchzellen dar. Zentraler Schritt der Prozesskette der Zellfertigung ist die Stapelbildung. In diesem Artikel wird ein neues kontinuierliches Stapelbildungsverfahren vorgestellt, welches die Vorteile einer kontinuierlichen Verarbeitung der Materialien mit guten Leistungsperformance- und guten Lebensdauereigenschaften kombiniert.

[ 10 ] Fleischer, J.; Haag, S. & Hofmann, J. . (2017), „Quo Vadis Wickeltechnik?“. Eine Studie zum aktuellen Stand der Technik und zur Recherche zukünftiger Trends im Automobilbau.
Abstract:
Die Elektromobilität hat nicht zuletzt durch die hohen Klimaziele der Bundesregierung und die jüngsten Abgasskandale deutscher OEMs sowie den damit verbundenen strategischen Neuausrichtungen hin zu vollelektrischen Fahrzeugen in hohen Stückzahlen eine intensive und dynamische Entwicklung angenommen. Dabei wird sich mit steigender Zahl der zu produzierenden Elektrofahrzeuge sowohl der Zulieferermarkt als auch der Herstellermarkt in den nächsten zehn Jahren stark wandeln. Die Kernkomponente des konventionellen Antriebsstranges – der Verbrennungsmotor – wird dabei durch einen oder mehrere Elektromotoren ersetzt bzw. ergänzt. Elektromotoren werden seit über 100 Jahren für die unterschiedlichsten Anwendungsfelder in Industrie und Konsumprodukten gefertigt. Allerdings stehen die Hersteller der Komponenten eines E-Motors als Traktionsantrieb für PKWs völlig neuen Herausforderungen gegenüber, wie beispielsweise den hohen Anforderungen an die Qualität der Wicklung und der Isolation sowie kurze Taktzeiten, wie sie für konventionelle Antriebsaggregate heutzutage üblich sind. Im Rahmen dieser Studie soll zuerst ein qualitativer Überblick und Vergleich der PKW-Antriebs Antriebskonzepte und den dort eingesetzten Motoren gegeben werden. Daraus abgeleitet werden die unterschiedlichen Rotor- und Statordesigns im Zusammenhang mit verschiedenen Antriebskonzepten vorgestellt. Hierbei soll beispielhaft aufgezeigt werden, welche Fahrzeugkonzepte und damit einhergehend welche Vielfalt an Elektromotoren in den aktuellen elektrischen Antriebssträngen vorherrscht. Im zweiten Teil der Studie soll darauf aufbauend die Produktion der Wicklung - als Kernkomponente des felderzeugenden Stators – näher betrachtet werden. So werden die Kernkompetenzen zur Herstellung von Wicklungen sowie die produktspezifischen Anforderungen an die Wicklungen aufgezeigt, um die Herausforderungen und Ansätze zur Fertigung dieser abzuleiten.