Motivation
Bei Elektrofahrzeugen basieren ungefähr 40 % der Wertschöpfung auf der Batterie, das heißt auf Zellen, Modulen und Systemen. Mit dem weiteren Ausbau der Elektromobilität soll sich die Batteriezellfertigung in Europa bis 2030 ungefähr verzehnfachen. Dadurch wird sich auch die Wertschöpfung im Bereich Systeme, einschließlich Komponenten für Batteriesicherheit und Batterie-Thermomanagementsysteme (BTMS), deutlich erhöhen. Dabei muss das Risiko des sogenannten thermischen Durchgehens (Überhitzung) einzelner Batteriezellen in Zukunft weiter durch geeignete Designs und Maßnahmen minimiert werden. Eine solche Überhitzung kann durch diverse Fehlerursachen ausgelöst werden. Das Design sicherer Batteriesysteme berücksichtigt daher komplexe, multiphysikalische Vorgänge und betrachtet verschiedene Systemtopologien.
Ziele und Vorgehen
Im Projekt DUPRO sollen eine Designumgebung und ein eingebettetes Diagnosesystem zur Schadensminimierung in Batteriesystemen bereitgestellt werden, um die Sicherheit signifikant zu verbessern. Die Auslegung nach Sicherheitskriterien ist unmittelbar mit dem Design des Batterie-Thermomanagementsystems verbunden. Mit der Designumgebung können aktive und passive Sicherheitsmaßnahmen sowie das BTMS gemeinsam synthetisiert und ausgelegt werden. Dabei werden verschiedene Topologien, Kühlkonzepte und Zellchemien berücksichtigt. Außerdem wird ein neues Diagnosesystem entwickelt, um kritische Eigenerwärmungen zu erkennen und Maßnahmen zur Schadensminimierung einzuleiten. Dabei werden Innentemperaturen von Batteriezellen auf Basis von reduzierten Modellen berechnet und die Neigung zum thermischen Durchgehen berücksichtigt.
Innovationen und Perspektiven
Das angestrebte Softwarewerkzeug soll für mobile Batteriesysteme in Pkw, Omnibussen, Bahnen oder Arbeitsmaschinen und für große stationäre Batteriespeicher eingesetzt werden. Zur Evaluation dienen verschiedene Batteriezellversuche, in denen eine Überhitzung provoziert wird. Außerdem sollen neue Dienstleistungen zu Simulation, Betrieb und Optimierung sicherer Batteriesysteme angeboten werden. Damit werden das „Ökosystem Batterie“ und die Wertschöpfung in Deutschland und Europa deutlich gestärkt.