Batterien zu optimieren, sei es für die E-Mobilität oder für große Speicheranlagen, ist eine der wichtigen Aufgaben für Industrie und Wissenschaft. Am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gehört die Simulation von Batteriemodellen seit Jahren zum Tagesgeschäft. Mit einer knappen Million Euro unterstützt das rheinland-pfälzische Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit nun ein neues Projekt, welches den gesamten Herstellungsprozess im Modell abbildet.
Der Weg zur einsatzbereiten Batterie ist weit, weil er viele Schritte umfasst. Dazu gehören das Kalandrieren und Trocknen der Elektrodenschichten, das Befüllen, Entlüften und Formieren der Batteriezellen und schließlich das Ausschäumen bzw. die thermische Trennung der Batteriezellen im Batteriemodul. Diese Abläufe in einem digitalen Modell darzustellen, ist das Ziel des Projektes »Digitalisierung der Batteriezell-Produktion zur Erstellung eines Batteriezwillings für die gesamte Produktlebensdauer«, abgekürzt »DiBaZ«.
Digitaler Batterie-Zwilling beschleunigt Produktionsprozesse
Dr. Konrad Steiner, Leiter der Abteilung »Strömungs- und Materialsimulation« am Fraunhofer ITWM, koordiniert »DiBaZ« und verweist auf die umfangreiche Expertise des Instituts im Schwerpunkt Batterieforschung. »Am Projektende werden wir unseren Industriepartnern ein Modell anbieten können, welches einzelne Prozessschritte der Batterieproduktion simuliert, eine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle ermöglicht sowie Energiemanagement mit prädiktiver Regelung beinhaltet. Wir freuen uns sehr, dass die Landesregierung dieses wichtige innovative Vorhaben so kurzfristig unterstützt.«
Expertise aus vier Abteilungen
Insgesamt arbeiten Forschende aus vier Abteilungen an »DiBaz«, die ihre spezifischen Kenntnisse einfließen lassen. So liegt der Fokus der Abteilung »Strömungs- und Materialsimulation« auf der Simulation der Batteriezellproduktion und Batterieperformance, während die Abteilung »Materialcharakterisierung und -prüfung« Erfahrung mit der produktionsbegleitenden Qualitätskontrolle von Beschichtungen einbringt.
Mit unseren Softwareprodukten unterstützen wir verschiedene Batterieproduktionsprozesse. Die Prozesse sind entsprechend ihrer chronologischen Abfolge dargestellt: Mischen der Elektrodenslurries, Elektrodentrocknung, Kalandrierung der Elektroden, Elektrolytbefüllung der assemblierten Zellen, Zellformierung und Ausschäumung von Batteriemodulen.
Die Schwerpunkte des Bereichs »Mathematik für die Fahrzeugentwicklung« sind hybride Fahrzeugsimulation sowie Online-Monitoring datengetriebener Verfahren. Energiemanagement und Predictive Maintenance in der Produktion sind die Kompetenzen der Abteilung »Systemanalyse, Prognose und Regelung«. Sie kommen vor allem bei den energieintensiven Prozessschritten wie dem Beschichten und Trocknen zum Tragen.
Batterieforschung flankiert Produktionsstandort Kaiserslautern
Staatssekretär Dr. Denis Alt übergab den Förderbescheid Anfang März 2024 am Fraunhofer ITWM und betonte den Wert der Forschung für die Region. »Das Projekt DiBaZ zeigt, dass Künstliche Intelligenz und Simulationsmodelle bereits eine enorme Anwendungsnähe haben. Sie ermöglichen unserer Wissenschaft, unserer Wirtschaft und unserer Gesellschaft viele großartige Verbesserungen und können wertvolle Beiträge zur Lösung unserer großen gesellschaftlichen Herausforderungen leisten. Dabei ist das Fraunhofer ITWM nicht nur mit seinen Themen am Puls der Zeit, sondern auch am richtigen Ort zur Bearbeitung der Fragestellung«, sagte Alt. Dabei bezog er sich auch auf die Gigafactory für Batteriezellfertigung, die in Kaiserslautern entsteht.
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Quelle Text/Bild:
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
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Kaiserslautern, 29.02.2024
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