Modellierung und Optimierung von Batterien

Wir verfügen über hochgenaue Modelle für Batteriezellen sowie für Batteriesysteme und entwickeln diese ständig weiter bzw. parametrisieren sie für neue Zelltypen. Abhängig von den wissenschaftlichen Fragestellungen kommen empirische Ersatzschaltbildmodelle oder theoretisch hergeleitete, elektrochemische Modelle zum Einsatz. Dabei legen wir höchste Sorgfalt auf die präzise Identifikation der jeweiligen Modellparameter durch Messkampagnen in unserem Batterielabor. Dazu steht umfangreiches Equipment zur Identifikation des elektrischen, des thermischen sowie des Langzeitverhaltens zur Verfügung. Eine Validierung der Genauigkeit unserer Modelle findet ebenfalls auf Basis der im Batterielabor generierten Daten statt. Die resultierenden Simulationsmodelle sind in der Lage, die Leistungsfähigkeit bzw. Effizienz sowie das Temperatur- und Alterungsverhalten von Batteriezellen sowie ganzen Batteriesystemen abzubilden.

Anhand unserer Modelle, begleitet durch Messungen im Batterielabor, optimieren wir beispielsweise das Design und die Betriebsführung von Batteriespeichersystemen, sodass insbesondere in Zusammenhang mit dem thermischen Management, eine lange Lebensdauer sowie höchste Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit erzielt wird. Zudem dienen die Modelle als Grundlage für die Zustandsbestimmung (Ladezustand SOC, Alterungszustand SOH, Leistungsfähigkeit SOP, Restenergie SOE) und der Alterungsprognose sowie der Prognose der verbleidenden Nutzungsdauer (Remaining useful life time RUL) in Batteriemanagementsystemen oder serverbasierten Monitoringsystemen. Dazu zählen beispielsweise präzise Algorithmen für die Bestimmung des Ladezustands SOC, des Alterungszustands SOH, der Leistungsfähigkeit SOP sowie die Berechnung der für die Anwendung noch verfügbaren Restenergie SOE. Innovative Algorithmen für die Alterungsvorhersage sowie für die Prognose der applikationsspezifischen verbleidenden Restnutzungsdauer (Remaining useful life time RUL) dienen als Grundlage für die signifikanten Steigerung der Zuverlässigkeit des Speichersystems und dienen darüber hinaus der Optimierung der Betriebsführung.

Neben der Nutzungsphase analysieren wir auch das Formierungsverhalten von Batteriezellen bei der Herstellung. So können wir diesen Flaschenhals der Zellproduktion durch angepasste Formierungsprotokolle beschleunigen und damit wesentlich zur Steigerung der Produktionsqualität und -geschwindigkeit beitragen.

Hinsichtlich Produktion, Anwendung und Überführung in Recyclingprozesse entwickeln wir Prozeduren zur Auswahl, Bewertung und der Kontrolle von Batteriezellen sowie Verfahren zur Schnellcharakterisierung und Qualifizierung von Batteriesystemen im Einsatz. In Abhängigkeit von den Ergebnissen erfolgt eine Weiterverwendung, eine Überführung in eine Zweitanwendung (z.B. Überführung von gebrauchten Fahrzeugbatterien in 2nd Life Speicher) oder bei weit vorangeschrittener Alterung die Überführung in Recyclingprozesse.

Für die Batteriesicherheit untersuchen wir die rapide Wärme- und Druckentwicklung in Batteriezellen und entwickeln propagationshemmende Lösungen anhand von FEM-Simulationen, die anhand von Tests unter definierten Laborbedingungen verifiziert werden.