Die weltweite Nachfrage nach Batterien für Elektrofahrzeuge wird in den kommenden Jahren stark steigen. Um deren Herstellung an die EU-Klimaziele und den Green Deal der EU anzupassen, braucht es innovative Batteriesysteme, die mithilfe von digitalen Modellierungstechnologien entwickelt werden.
Deutlich effizientere Wertschöpfungskette
Hier setzt das Forschungsprojekt „DigiCell“ an. „Durch die Transformation der Herstellungs- und Testprozesse von Einzelzellen und komplette Automobilpacks mit fortschrittlicher Modellierung und maschinellem Lernen machen wir die Wertschöpfungskette der Batterien effizienter, zuverlässiger und nachhaltiger“, sagt Projektkoordinator Nawfal Al-Zubaidi Smith.
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Dank der Beratung durch die Experten der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria und der Forschungsförderungsgesellschaft FFG erhält das Projekt 5,4 Millionen Euro aus dem Horizon-Europe-Programm der EU. Davon fließen zwei Millionen Euro nach Oberösterreich. Vom Land gab es zudem 25.000 Euro Förderung für die Vorbereitung des Förderantrags.
Doch worum geht es genau? Nun, das multidisziplinäre Forscherteam entwickelt neue Messwerkzeuge für Materialien sowie mehrskalige, digital integrierte Batteriemodelle in Verbindung mit Künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen.
Top-Vernetzung
Projektkoordinator Keysight Technologies hat seinen Forschungssitz in Linz. Zentrale Partner sind außerdem die Johannes Kepler Universität Linz (JKU) und die Kreisel Electric GmbH aus Rainbach im Mühlkreis. Die JKU arbeitet an Modellen und an der Aufklärung nanoskaliger Mechanismen der Energiespeicherung in Batteriezellen, Kreisel Electric an verbesserten Batteriesystemen für Anwendungen im Off-Highway- und Marinebereich.
Ein weiterer österreichischer Partner ist die AIT Austrian Institute of Technology GmbH. Diese arbeitet an Batteriespeichermaterialien, die ohne Lithium auskommen und stattdessen beispielsweise Natrium oder Magnesium als Energieträger nutzen.
„Was Keysight Technologies hier vorhat, ist Forschung auf Spitzenniveau und fällt in das EU-Rahmenprogramm ,Horizon Europe‘, das Forschungsprogramm mit dem weltweit größten Finanzvolumen“, so Zuzana Lettner, Förderexpertin bei der Standortagentur Business Upper Austria. Bereits die Vorarbeiten — zusammenstellen des Projektkonsortiums, Förderantrag formulieren und einreichen — sind vergleichbar mit Hochleistungssport. Um auf dem Stockerl zu stehen — sprich Fördergeld aus dem EU-Programm zu erhalten — müssen Forscher Höchstleistungen erbringen.
Digitaler Zwilling
Die KI-basierten Modelle von „DigiCell“ werden das Verhalten von Batterien unter verschiedenen Herstellungsbedingungen simulieren. Durch das Anpassen von Produktionsparametern gemäß den Modellen kann die Qualität der Batteriekomponenten überwacht und kontrolliert werden.
„Dieser neue Ansatz kombiniert Nano- bis Makromaterialien und physikalische Modellierung, um erstmals Batteriepacks bis zu einer Leistung von einem Megawatt mit neuen Methoden zu testen und‒ eine erhebliche Verbesserung gegenüber den aktuellen Batterietestmethoden zu erreichen“, erklärt Johannes Angerer von Kreisel Electric.
Das Projektteam wird auch einen Digitalen Zwilling des Produktionsprozesses erstellen, um Echtzeitsimulationen durchzuführen und Informationen mit tatsächlichen Produktionslinien auszutauschen. „Der neuartige Ansatz kann den Materialverbrauch erheblich reduzieren, Energie bei der Produktion einsparen, Emissionen senken und dabei die Leistung über den Batterielebenszyklus verbessern“, ist Manuel Kasper, technischer Leiter bei Keysight, überzeugt.ok
