Fertigungsverfahren für Batterien verbessern

Im kürzlich gestarteten EU-Projekt Battwin entwickeln Forscher digitale Zwillinge von Batteriefabriken. Diese Computermodelle bilden die Prozesse in einer Batteriefabrik digital nach und sollen dazu beitragen, dass bei der Zellproduktion weniger Ausschuss entsteht, weniger Energie verbraucht wird und die Emissionen zurückgehen.

In dem Vorhaben arbeiten Universitäten und Industriepartner aus ganz Europa zusammen, darunter auch die Universität Oldenburg. Das von der Polytechnischen Universität Mailand (Italien) geleitete Team will die digitalen Zwillinge bis zum Projektende im Mai 2027 entwickeln. Das EU-Programm Horizon Europe fördert Battwin mit rund 6,4 Millionen Euro, davon fließen rund 630.000 Euro an die Universität Oldenburg. An dem Vorhaben sind sechs Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie zehn Partner aus der Industrie in ganz Europa beteiligt.

Ausschussraten senken

Die vom Oldenburger Informatiker Prof. Dr. Andreas Rauh geleitete Abteilung „Verteilte Regelung in Vernetzten Systemen“ untersucht im Projekt, wie sich die Produktion fehlerhafter Batteriezellen vermeiden lässt. Aktuell liegt die Ausschussrate bei der Batterieproduktion bei rund zehn Prozent. Um diesen Anteil zu reduzieren, entwickeln die Forscher an physikalischen Prozessen orientierte Modelle der einzelnen Stufen der Zellproduktion und koppeln diese mit datengetriebenen Verfahren.

Es gilt zu ermitteln, wie gut Batterie-Produktionslinien arbeiten und mögliche Fehler vorherzusagen. Dazu sammeln und verwalten die Modelle Daten zur Prozessführung und charakterisieren Unsicherheiten im Fertigungsprozess. So lassen sich die Fertigungsverfahren schrittweise verbessern und wichtige Stellgrößen nicht nur während der Entwurfsphase, sondern auch im laufenden Betrieb optimieren.

Alterung vorhersagen

Parallel dazu baut das Team eine Laborinfrastruktur auf, um Lade- und Entladevorgänge einzelner Batteriezellen an einem eigenen Prüfstand experimentell testen zu können. Diese Vorrichtung erlaubt es, die eigenen Modelle zu überprüfen. Diese sollen aus im Betrieb unmittelbar verfügbaren Messungen beispielsweise Rückschlüsse auf die Batterieleerlaufspannung ermöglichen und daraus ableiten, wie gut der Zustand einzelner Batteriezellen ist und wie schnell deren Alterung voranschreitet.

Bereits 2022 war die Fakultät II – Informatik, Wirtschafts- und Rechtswissenschaften der Universität Oldenburg Gründungsmitglied der Upcell European Battery Manufacturing Alliance, einer gemeinnützigen Vereinigung mit insgesamt 87 Partnern, die sich für den Aufbau einer unabhängigen europäischen Batterieindustrie einsetzen. Upcell ist auch als Partner am Battwin-Projekt beteiligt.