Model2Life

 

Modellbasierte Systemauslegung für 2nd-Life Nutzungsszenarien von mobilen Batteriesystemen

 

Im Forschungsprojekt „Model2Life“ erforscht das ISEA der RWTH Aachen gemeinsam mit den Partnerinstituten MSE und PEM der RWTH Aachen die Optimierung der Wiederverwendbarkeit von Traktionsbatteriesystemen. Die wesentlichen Ziele dieses Verbundprojektes sind eine signifikante Steigerung der Wiederverwendungsquote von gebrauchten, noch funktionsfähigen Batteriezellen sowie eine Verbesserung der Produkt- und Prozessgestaltung von Batteriesystemen durch die Optimierung der Schnittstelle zwischen 1st-Life und 2nd-Life, um damit eine Kreislaufschließung zu ermöglichen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit mehr als 1,3 Millionen Euro gefördert.

  Systemmodell auf Parameterebene für effizient optimierte 2nd-Life-Batteriesysteme

Das Forschungsvorhaben fokussiert das Themenfeld der Nachhaltigkeit, da eine wirtschaftliche Rückgewinnung funktionsfähiger Batteriezellen nicht nur ein erhebliches Kostensenkungspotenzial, sondern auch eine ökologische Notwendigkeit zur Reduzierung des Ressourceneinsatzes bietet. Des Weiteren werden die Einflussfaktoren der Alterung und Lebensdauer auf die Performance und Sicherheit im zweiten Lebenszyklus untersucht. Durch das Projekt kann somit die Innovationspipeline im Rahmen des BMBF-Dachkonzepts Forschungsfabrik Batterie nachhaltig gestärkt werden, da bereits in der frühen Phase die Entwicklung von Zell- und Systemkonzepten auf die Anforderungen der späteren Verwendung in einem zweiten Lebenszyklus ausgelegt wird.

Im Projektvorhaben übernimmt das ISEA zum einen die notwendige Entwicklung von angepassten Diagnostikmethoden und Modellen von Batteriezellen und -systemen zur Einbindung in die modellbasierte Systementwicklung. Zum anderen werden BMS Hardwarekonzepte speziell im Hinblick auf die Nutzung im 1st- und 2nd-Life weiterentwickelt, was unter anderem den effizienten und sicheren Betrieb bei auseinanderlaufenden Zelleigenschaften einschließt. Dazu werden Cloud-basierte Modelle und Ansätze aus dem maschinellen Lernen weiterentwickelt. Darüber hinaus bringt das ISEA seine Expertise im Bereich der Anforderungen von mobilen und stationären Speicheranwendungen ein und unterstützt die Systemmodellierung mittels bestehender und angepasster elektrischer Batteriezell- sowie Systemmodelle. Die gefundenen Lösungen werden auf reale Anwendungsszenarien übertragen und in diesen evaluiert.

Das PEM beteiligt sich am Projektvorhaben in der Anwendungsidentifikation sowie der Anforderungsanalyse im ersten sowie zweiten Lebenszyklus der Batteriesysteme. Darüber hinaus bringt es seine Expertise in Remanufacturing-gerechter Produktgestaltung bei gleichzeitiger Betrachtung der Produzierbarkeit ein. Durch bereits bestehende Vorarbeiten im Bereich des Design for Remanufacturing können die entwickelten Konzepte vertieft und erweitert werden. Zusätzlich trägt das PEM durch die Weiterentwicklung und Optimierung der domänenspezifischen Modelle und Methoden zur Nutzung der Bauraumanforderung und Auslegung des thermischen Verhaltens von Zelle und System der fachlichen Ziele bei.

In der Batterieentwicklung werden zahlreiche domänenspezifische Modelle eingesetzt, die jedoch unzureichend miteinander verknüpft sind. Das fachliche Ziel des MSE ist daher, die einzelnen Modelle zum Systemmodell zu verbinden und dadurch die Findung eines Gesamtoptimums zu ermöglichen. Dabei werden ganzheitlich neben den Entwicklungsmodellen auch die Phasen Betrieb und Remanufacturing mit den zugehörigen Modellen des PEM und ISEA berücksichtigt - wie in Abbildung 1 dargestellt. Die geschaffene Durchgängigkeit soll zusätzlich zum optimierten Design for Remanufacturing ermöglichen, während der 1st-Life-Nutzung schädliche Betriebssituationen der Batterie zu identifizieren und eine Echtzeit-Anpassung der Betriebsstrategie zu ermöglichen.

Somit trägt das Forschungsvorhaben zur Stärkung der Innovationspipeline im Rahmen des BMBF-Dachkonzepts Forschungsfabrik Batterie bei, indem insbesondere nachhaltigere Batteriesystemkonzepte durch das Forschungsvorhaben erarbeitet werden und aufgezeigt wird, wie Systeme durch eine intelligente Konzeption auf unterschiedliche Art und Weise weiter und länger verwendet werden können.

 

Laufzeit

01. Januar 2021 – 31. Dezember 2023

 

Förderung

 

Das Projekt Model2Life wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 03XP0334 gefördert.

 

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