Projektteam feilt an verbessertem NMC-Batteriepack für E-Busse
Im E-Busmarkt tummeln sich Fahrzeuge mit verschiedenen Zellchemien an Bord. Die einen nutzen nickelbasierte Chemien in den Zellen, die anderen Lithium-Eisenphosphat (LFP). Dabei werden an Batteriesysteme im Schwerlastbereich hohe Anforderungen gestellt, etwa was die Energiedichte, Sicherheit, Lebensdauer, Schnellladefähigkeit und das Gewicht angeht.
Das SIERRA-Projekt unter Leitung vom französischen CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) will nun die NMC-Chemie als Technologie im E-Bus-Sektor weiter voranbringen. „Nickelreiche NMC-Zellen bieten großes Potenzial zur Steigerung der spezifischen Energie“, schreibt etwa das AIT Austrian Institute of Technology, das in das Projekt involviert ist. Insgesamt vereint SIERRA elf Partner aus sieben europäischen Ländern und soll „wesentliche Kompetenzen entlang der Batterie-Wertschöpfungskette abdecken – von der Materialentwicklung über die Systemintegration bis zur Validierung“. Gefördert wird das Projekt durch die Europäische Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon Europe mit knapp 8 Millionen Euro.
Klar ist: Mit steigenden Energiedichten bei NMC-Zellen erhöhen sich auch die Anforderungen an thermisches Management, strukturelle Integrität und kontinuierliche Zustandsüberwachung. „Konventionelle Batteriepack-Architekturen stoßen hier hinsichtlich Sicherheit, Dauerhaltbarkeit und Systemgewicht zunehmend an ihre Grenzen“, führt das AIT aus. Im SIERRA-Projekt soll deshalb ein besonders leichtes und leistungsstarkes Pack entwickelt werden. Dieses werde bis zum Technologie-Reifegrad 6 (TRL6) validiert und soll so den Weg zur späteren Industrialisierung ebnen, heißt es. Zu den technologischen Innovationen zählen:
- Multiskalen-Modellierung zur kompakten und sicheren Auslegung des Batteriepacks sowie zur Simulation des thermischen und mechanischen Verhaltens
- Ressourcenschonende One-Shot-Fertigung von leichten Multimaterial-Gehäusen
- Mehrstufige Überwachungskonzepte (Strukturüberwachung, thermisches Mapping, Bestimmung von Ladezustand und Gesundheitszustand) bei gleichzeitiger Reduktion der Systemkomplexität des Batteriemanagements
- Vollintegrierte Kühlsysteme und gedruckte Stromschienen zur Unterstützung hoher Ladeleistungen über ein breites Betriebsfenster
Die Integration des Batteriepacks in das Gesamtfahrzeug soll überdies mithilfe eines digitalen Zwillings simuliert werden. Und: Sämtliche Entwicklungsarbeiten folgten dem „Safe-and-Sustainable-by-Design“-Ansatz und berücksichtigten Sicherheits- und Nachhaltigkeitsaspekte von Beginn an, teilt das AIT mit, das selbst seine Expertise in der modellbasierten Entwicklung von Batteriesystemen in das europäische Konsortium einbringt.
„Im SIERRA-Projekt nutzen wir simulationsbasierte Methoden auf Batteriepack- und Fahrzeugebene, um sichere und energieeffiziente Leichtbau-Batteriekonzepte für den Schwerlastverkehr zu entwickeln“, erläutert Dr. Mirza Popovac, Projektleiter am AIT. „So können wir Designentscheidungen frühzeitig absichern und die Leistungsfähigkeit zukünftiger elektrischer Nutzfahrzeuge gezielt verbessern.“
Neben dem CEA und dem AIT sind an dem Projekt im Einzelnen Verkor, FEV France, Plastic Omnium Clean Energy Systems Research, Rina Consulting, Acondicionamiento Tarrasense Association, Asociacion de Investigacion Metalurgica del Noroeste, Gen 2 Carbon, Icomat und als assoziierter Partner FPT Motorenforschung beteiligt.
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