AccCellBaT - Accelerated Cell and Battery Testing

Elektromobilität ist für eine nachhaltige Zukunft von entscheidender Bedeutung. Fortschritte bei Batterietechnologien wie Lithium-Ionen erfordern Verifizierung und Validierung, um höhere Energiedichten, Sicherheit und niedrigere Kosten zu gewährleisten. Im Projekt AccCellBaT wird die Batterieentwicklung durch Virtualisierung, Front-Loading und digitale Zwillinge in Kombination mit physikalischen Tests und einer neuen Konfidenzindex-Methodik beschleunigt. Das Fraunhofer LBF unterstützt mit Simulationen, Lebensdauerbewertungen und Risikoanalysen wie FMEA, um die Zuverlässigkeit von Kabelbäumen zu erhöhen und sichere, effiziente Antriebssysteme zu fördern.

Die Elektromobilität gewinnt zunehmend an Bedeutung und stellt eine zentrale Säule für eine nachhaltige Zukunft dar. Die Beschleunigung der Produktentwicklung und der Produktinnovation bei Batteriezellen und -systemen ist der Schlüssel für den heutigen bedeutenden Marktanteil von Batteriesystemen in vielen Branchen. Jede Produktinnovation muss verifiziert und validiert werden, damit sie auf dem Markt eingeführt werden kann und schließlich einen Mehrwert für den Kunden schafft. Das Testen von Batteriezellen und -systemen mit innovativen Li-Ion- und Post-Li-Ion-Technologien schafft das Vertrauen, das für die Einführung höherer Energiedichten, besserer Sicherheit und niedrigerer Kosten erforderlich ist. In der klassischen Entwicklung erfolgt das Testen erst in späten Phasen der Systementwicklung. Dies führt zu einem hohen Risiko, weil Probleme erst spät in der Entwicklung erkannt werden, was zu kostspieligen Änderungen des Systems führt, die nicht den geplanten Markteinführungstermin einhalten oder die erwarteten Qualitätskriterien nicht erfüllen.

Batteriedesign, Kosten und Markteinführungszeit optimieren: Virtualisierung, Front-Loading und kontinuierliche V&V  

Die Batterieentwicklung wird durch mangelnde Virtualisierung behindert, was kostspielige physische Verifizierungs- und Validierungsaktivitäten (V&V) zur Folge hat. Im Projekt Accelerated Cell and Battery Testing (AccCellBaT) wird dies durch Virtualisierung, Front-Loading und kontinuierliche V&V verbessert, um Batteriedesign, Kosten und Markteinführungszeit zu optimieren. Im Projekt werden neuartige physikbasierte und datengestützte Simulationsmodelle zur Bewertung der Leistung, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit von Batteriesubsystemen entwickelt. Diese Modelle werden mit innovativen Techniken zur Messung von Modellparametern und Hochskalierungsmethoden ergänzt, um digitale Zwillinge für die V&V zu schaffen. Tests der digitalen Zwillinge werden mit physischen Tests in einem hybriden Designverifizierungs- und Validierungsplan (hybrides DVP) kombiniert. Eine maßgeschneiderte Vertrauensindexmethodik wird eingeführt, um die Testergebnisse zu quantifizieren. Prozesse und Methoden der AccCellBaT-Partner werden mit dem hybriden DVP kombiniert, um ein Handbuch für die zukünftige Batterieentwicklung zu erstellen. Diese Methodik wird in ein Entwicklungstool integriert, das die Entwicklung unterstützt und die Automatisierung erhöht.

Zentraler Fokus: Digitalisierung der Betriebsbelastungen

Um ein sicheres und zuverlässiges Produkt trotz beschleunigter Entwicklungszyklen zu gewährleisten, beschäftigt sich das Fraunhofer LBF mit verschiedenen Aspekten wie beispielsweise der Simulation von Verkabelungen, der Bewertung der Ermüdungslebensdauer und der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Steckverbindern, Kabelbäumen sowie Batterie-Modulen und -Systemen. Ein zentraler Fokus liegt auf der Digitalisierung der Betriebsbelastungen, um realistische Lastprofile zu erstellen, die zur Optimierung der Systeme beitragen. Zudem unterstützt das Fraunhofer LBF bei der Verifizierung und Validierung (V&V) von Batteriesystemen, um sicherzustellen, dass diese den Anforderungen an Sicherheit und Leistung gerecht werden. Durch diese umfassenden Ansätze trägt das Fraunhofer LBF dazu bei, die Entwicklung und den Einsatz moderner elektrischer Antriebssysteme zu unterstützen und deren Effizienz und Zuverlässigkeit zu steigern.

Im Rahmen der Risikoanalyse wurden relevante Einflussfaktoren des Schadensmodells (Umgebung, Anwendungsbelastungen, Materialeigenschaften) identifiziert, die die Dauerfestigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit jeder einzelnen Komponente des Kabelbaums beeinflussen. Zu diesem Zweck wurde eine Risikoanalyse auf Basis einer Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) durchgeführt und es wurden systematisch Ursachen für ein Versagen ermittelt. Das Risiko wurde basierend auf der Eintrittswahrscheinlichkeit, der Erkennbarkeit und der Schwere der Folgen bewertet. Basierend auf dieser auf Alterungserscheinungen fokussierten Analyse wurden die Hauptschadenstreiber und -modi definiert, die einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines Schadensmodells auf Komponentenebene geleistet haben, welches im Anschluss verifiziert werden soll.

Förderer und Partner

Fördergeber: Europäische Union

Grant No. 101103628 – https://cordis.europa.eu/project/id/101103628

https://www.acccellbat.eu/

Partner:

• AVL List GmbH
• College de France
• Conweaver GmbH
• Centro Ricerche Fiat SCPA
• Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
• Gebauer & Griller Kabelwerke GmbH
• Universität Bayreuth
• Technische Universität Graz
• Università degli Studi di Firenze
• Varta Innovation GmbH
• Varta Storage GmbH