Beschleunigung der Batterietests in Europa: die Rolle des digitalen Zwillings im EU-Projekt Thor

Die Anwendungsbereiche, in denen die von Batterien geleitete Energiewende stattfindet, welche die Zukunft des Marktes bestimmen, sind vielfältig: vom Industriesektor über Automotive bis zu medizinischen Wearables. Die Entwicklung dieser Technologien erfordert ein hohes Maß an technologischem Fortschritt, der sich auf europäischer Ebene in Form von Gemeinschaftsprojekten, Konsortien und dem Zusammenwirken öffentlicher und privater Akteure umsetzen lässt und von der Europäischen Union über Fonds und entsprechenden Instrumenten gefördert wird.

Das EU-Projekt THOR, , Teil des Rahmenprogramms der Europäischen Union für Forschung und Innovation Horizon Europe, reiht sich in den Rahmen dieser Zusammenarbeit ein, mit dem Ziel, die europäische Wertschöpfungskette der Batterien schlanker und dynamischer zu gestalten. Dabei soll eine Innovation gefördert werden, die viel zu häufig durch langwierige und kostspielige Testprotokolle behindert wird, welche die Markteinführung von Batterien der neuesten Generation bremsen.

Fortschrittlichste Methoden zur Beschleunigung von Batterietests

Die Reduzierung von physischen Tests und die Förderung der Innovation bei der Entwicklung von Batterien in Europa sind die Herausforderungen, vor denen das EU-Projekt THOR steht.

Beim offiziell im Juni 2023 gestarteten Projekt gehört Flash Battery zusammen mit einem Netz aus weiteren 8 Partnern aus 6 EU-Ländern zu den Hauptakteuren, die 48 Monate Seite an Seite daran arbeiten, das Wachstum der europäischen Batterieindustrie zu beschleunigen.

Die technologische Innovation auf diesem Sektor in Europa ist nicht immer in der Lage, mit der rasant steigenden Nachfrage Schritt zu halten, da sie durch kosten- und zeitintensive Batterie-Testprotokolle behindert wird, welche die Entwicklung und schnelle Markteinführung schwierig gestalten und dadurch den Wettbewerb benachteiligen.

Es handelt sich hierbei nämlich um sehr aufwendige Testverfahren, die eine große Anzahl von Proben erfordern und einer ausgeklügelten Infrastruktur bedürfen.

Um ein praktisches Beispiel zu geben: Ein im Jahre 2023 entwickelter Prototyp einer Batterie könnte im Jahr 2032 in die Produktionsphase gehen, denn die Leistungen, die Alterung und die Sicherheitsmerkmale der entwickelten Batterie müssen mittels sehr langwieriger Versuchs- und Fehlertests geprüft und untersucht werden.

Ziel des EU-Projekts Thor ist daher genau die Vereinfachung der Entwicklung europäischer Batterien der neusten Generation, indem die Testverfahren beschleunigt und die Anzahl physischer Tests reduziert werden sollen. Dies geschieht dank der Entwicklung eines virtuellen Instruments, dem sogenannten digitalen Zwilling, der das Verhalten der Batterien über KI simuliert und dadurch genaue prädiktive Vorhersagen über die Leistungen der Zellen, Module und Batteriepacks treffen kann.

Die 5 Ziele des hochinnovativen Projekts THOR

Das EU-Projekt THOR wird durch anspruchsvolle Ziele geleitet. In vier aufeinanderfolgenden Jahren werden die 9 Partner des Konsortiums ihre Kenntnisse und ihr technisches und technologisches Knowhow im Bereich Tests, Modellierung und KI zusammenbringen, um neue prädiktive Testmethoden zu entwickeln.

Dank der Einführung eines holistischen, hochgradig prädiktiven, digitalen Zwillings, der das Verhalten der Zellen, Module und ganzer Batteriepakete simuliert, zielt THOR darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Batterieindustrie zu steigern und dabei die Dauer und die Anzahl der Tests zu reduzieren, die für die Einführung neuer Batterien auf dem Markt mit entsprechender Senkung der Kosten, Verbesserung der Leistungen, der Lebenszyklen und natürlich der gesamten Sicherheit der Batteriesysteme erforderlich sind.

Es sind 5 Arbeitsbereiche, in denen das THOR-Projekt anbietet, eine innovative Wirkungen zu erzielen:

1. In der Industrie: durch die Senkung der Produktionskosten, die den Endpreis der Batterien erschwinglicher werden lassen.
2. In der Wissenschaft: dank eines besseren Verständnisses der Batteriemechanismen und -materialien und dank der Entwicklung der Forschung in diesem Bereich.
3. In der Wirtschaft: durch die Schaffung neuer wirtschaftlicher Chancen.
4. In der Gesellschaft: durch die Motivation junger Generationen, sich für das Studium der Elektrochemie zu begeistern und sich aktiv an der Forschung und Entwicklung im Batteriesektor zu beteiligen.
5. Bei der Gesetzgebung: durch die Förderung virtueller Tests als Teil des Zertifikationsverfahrens und somit der Verbesserung der Vorschriften für den entsprechenden Bereich.

Drei Modelle für die Beurteilung der Leistungen der Zelle, des Moduls und des Batteriepakets

Über einen interdisziplinären Ansatz, der Prüfer und Modellierungsexperten einbezieht, werden drei voneinander unabhängige physische Modelle entwickelt, um die Leistungen, die Alterung und das Sicherheitssystem im Bereich Zelle, Modul und Batteriepaket zu erforschen.

Die Modelle werden unterschiedliche Störungssituationen abdecken, sowohl thermischer als auch elektrischer Art, und sie werden auf Zellparameter beruhen, die aus einer Reihe von Tests abgeleitet werden, so dass sich jedes Modell in Batterien mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung nachbilden lässt.

Ziel wird es hauptsächlich sein, Modelle mit hohen prädiktiven Fähigkeiten zu entwickeln, um die Gefahren und die Mechanismen der Batteriealterung besser zu verstehen und somit für mehr Sicherheit zu sorgen.

Die Entwicklung eines digitalen Zwillings zur Beschleunigung des Batterieentwicklungsprozesses

Die Modelle werden dann durch einen auf KI gegründeten Ansatz miteinander kombiniert und optimiert, um einen holistischen digitalen Zwilling der Zelle, des Moduls und Pakets zu bilden.

Dieses virtuelle Abbild wird es erlauben, genaue Informationen bezüglich der Leistung und Sicherheit zu liefern und somit die Einführung von entsprechenden Wartungsprogrammen zulassen. Der digitale Zwilling wird dann dank aller auf dem Feld erhobenen Daten automatisch Batterien mit idealen Leistungsfaktoren generieren, die auf vorher erforschten Parameter beruhen.

Der auf diese Weise optimierte Entwurf erlaubt es, die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Batterien zu verbessern und dabei die Betriebskosten, die Stillstände und den geplanten Austausch der Batterien zu reduzieren. Das hat eine positive Auswirkung auf die gesamte Produktionskette.

Das wiederum führt zu einer Senkung der Versicherungs- und Gewährleistungskosten bei gleichzeitiger Steigerung des Vertrauens der Verbraucher, mit dem langfristigen Ziel, die Elektrifizierung bei einer immer größeren Anzahl von Anwendungen voranzutreiben.

Die über zehnjährige Erfahrung von Flash Battery in der Batteriebranche im Dienste Europas

Die Beteiligung von Flash Battery am Gemeinschaftsprojekt THOR verfolgt das Ziel, sich aktiv an den europäischen Forschungs- und Entwicklungsbestrebungen auf dem Batteriesektor zu beteiligen und dabei die eigenen, über zehnjährigen Erfahrungen bei der Planung und Herstellung von Lithiumbatterien für Industriemaschinen und Elektrofahrzeuge,  bei denen heute die KI eine große Rolle spielt, zur Verfügung zu stellen.

Insbesondere wird das R&D Team von Flash Battery dank seiner langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der vorausschauenden Wartung von Batterien, zur Standardisierung von Methoden beitragen, die vom Konsortium entwickelt wurden. Dabei wird Flash Battery die endgültigen Lösungen dank der Lieferung einer speziellen Demonstrationsanwendung und von Batterien zu Benchmarking-Zwecken validieren und aggregierte Daten liefern, die im Laufe der Zeit erhoben wurden. Außerdem werden wir uns darum kümmern, eine Arbeitsgruppe zu leiten, die beauftragt wurde, das Potential des digitalen Zwillings und seine Wirkung auf den gesamten Entwicklungsprozess der Batterien, einschließlich der Tests, aufzuzeigen.

Am 18. und 19. Juni 2024, genau ein Jahr nachdem das Projekt Thor gestartet ist, anlässlich der Generalversammlung von THOR, an der alle Partner des Konsortiums teilgenommen haben, mit dem Ziel eine Bestandsaufnahme des Fortschritts der Aktivitäten und der Zukunftsaussichten für die Weiterentwicklung der ausgearbeiteten Technologien zu machen, hat Flash Battery einige alternative Entwürfe für die entsprechenden Batteriepakete vorgestellt und die Ergebnisse der thermischen Bewertungen und FEM-Analysen (Finite Element Methode) mit den Partnern geteilt. Diese sind die Grundlage dafür, prototypische Lösungen festzulegen, die in den kommenden Monaten im Rahmen des Projekts entwickelt werden.