Im Projekt ABBA-VEEB wird basierend auf der Simulationssoftware BEST eine deutlich breiter einsetzbare Auslegungsplattform sowohl für das virtuelle Design als auch für die virtuelle Erprobung von aktuellen Batteriezellen für die E-Mobilität entwickelt und grundlegend getestet.

Batteriesimulation BEST unterstützt virtuelle Entwicklung und Erprobung von Batteriezellen

EFRE-Projekt ABBA-VEEB (Ausbau der Batteriesimulation BEST zu einer Auslegungsplattform für die virtuelle Entwicklung und Erprobung von Batteriezellen)

Die bei uns am Institut entwickelte Simulationssoftware BEST (Battery and Electrochemistry Simulation Tool) nutzen aktuell besonders Expertinnen und Experten in der Automobilindustrie für die Batteriezellenentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Sie kommt u.a. zum Einsatz, um grundlegende Designentscheidungen auf der Porenskala der Elektroden und der Batteriezelle zu bewerten. BEST ist in diesem Bereich technologieführend, ist bisher allerdings auf die üblichen Lithium-Ionen-Batterien und einen kleinen hochspezialisierten Anwendungskreis beschränkt.

Neue Elektrodenmaterialien und Elektrolytkonzepte wie Feststoffelektrolyte sind nur bedingt durch die aktuelle Simulationstechnologie abgedeckt. Auch die Fragen der Alterung und Schädigung der Batteriezelle über den Lebenszyklus wird bisher nur teilweise betrachtet und auch die Nutzung der detaillierten Batteriemodelle im Batteriemanagementsystem ist aktuell nicht durchgängig möglich.

Mit digitalem Zwilling Batteriezellen für E-Mobilität entwickeln und testen

Im geplanten Projekt ABBA-VEEB wird basierend auf BEST eine deutlich breiter einsetzbare Auslegungsplattform entwickelt und getestet – sowohl für das virtuelle Design als auch für die virtuelle Erprobung von aktuellen Hochleistungsbatterien für die E-Mobilität. Dafür notwendig sind folgende technologische Entwicklungen:

  • die Entwicklung einer skalenübergreifenden Batteriezellensimulation für ein breites Anwendungsspektrum und Materialvielfalt
  • Weiterentwicklung der Simulationsinfrastruktur im Hinblick auf Performanz, Flexibilität und Bedienbarkeit
  • die Entwicklung von Simulationslösungen zur Bewertung der Alterung und Zyklenstabilität von Batteriezellen durch die Berücksichtigung der elektrochemischen und thermomechanischen Effekte

Leistungszentrum, Landesministerium und EU stellen Projekt auf breite Basis  

Das Projekt läuft unter dem Titel »ABBA-VEEB Ausbau der Batteriesimulation BEST zu einer Auslegungsplattform für die virtuelle Entwicklung und Erprobung von Batteriezellen«. Es wird im Rahmen des Leistungszentrums »Simulations- und Software-basierte Innovation« bearbeitet und ist ein wesentlicher Aspekt in der aktuellen Ausrichtung des Leistungszentrums zur Stärkung der Technologieentwicklung im Bereich der Elektromobilität am Standort Kaiserslautern.

Die Mittel stammen aus dem rheinland-pfälzischen Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur sowie dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Ziels »Investitionen in Wachstum und Beschäftigung« (IWB).

Bezüglich effizienter numerischer Verfahren und Modellreduktionstechniken zur Beschleunigung von Algorithmen nutzen wir die bestehende intensive Kooperation mit der AG Technomathematik der TU Kaiserslautern. Darüber hinaus besteht eine langjährige Forschungskooperation im Bereich Batteriesimulation mit Prof. Dr. Arnulf Latz vom Institut für Technische Thermodynamik am DLR Stuttgart.

Simulation Carbon-Binder-Domain (CBD)
© Fraunhofer ITWM
Simulation Carbon-Binder-Domain (CBD): Die Batteriemodellierung wurde derart erweitert, dass nicht nur die Mikrostruktur der Aktivmaterialien (rot) betrachtet wird, sondern auch die Leitruß-Binder-Verteilung (CBD, grün).
Multiskalen-Batteriesimulation
© Fraunhofer ITWM
Multiskalen-Batteriesimulationen: Die bisherigen physikalisch fundierten Methoden auf der Mikro- und Mesoskala haben wir um Netzwerkmodelle für die Makroskala ergänzt, die elektronischen und ionischen Ladungstransport beschreiben. Das Besondere, die Parametrisierung der Netzwerkelemente ergibt sich direkt aus den physikalischen Materialeigenschaften.

Im Anschluss Transfer in die Industrie

Konkrete mögliche Anschlussprojekte zur industriellen Qualifizierung und Anwendungen der entwickelten Methoden sind

  • der Einsatz in der Batterieentwicklung als Erweiterung von BEST (Automobilindustrie)
  • die Nutzung als Batteriemodell für die Batterieprüfung oder für das Batteriemanagement mobiler wie auch stationärer Energiespeicher.
  • die Entwicklung einer Softwarelösung und anschließende Lizenzierung (mit dem ITWM Spin-Off Math2Market in Kaiserslautern)


Laufzeit des Projektes:

01.07.2018 bis 30.09.2021