Der Verkehrssektor, vor allem schwere Fahrzeuge wie Busse und Lastwagen, muss dringend weniger Treibhausgase ausstoßen, damit Europa seine Klimaziele erreicht. Elektrische Antriebssysteme spielen dabei eine sehr wichtige Rolle.
Für schwere Fahrzeuge werden besondere Batteriesysteme benötigt. Diese sollten viel Energie speichern können, sicher und langlebig sein, schnell geladen werden können und außerdem leicht sein. Nickelreiche NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobalt) sind dafür sehr gut geeignet, denn sie können viel Energie speichern. Allerdings bringen sie auch Herausforderungen mit sich: Die Wärmeentwicklung muss gut kontrolliert werden, die Batterie muss stabil gebaut sein und stets überwacht werden. Herkömmliche Batteriepacks stoßen dabei oft an ihre Grenzen, zum Beispiel beim Gewicht, der Sicherheit oder der Haltbarkeit.
SIERRA: Entwicklung bis zur Anwendungsreife
Das europäische Forschungsprojekt SIERRA arbeitet an einem sicheren, nachhaltigen und leistungsstarken Batteriepacks für schwere Elektrobusse, basierend auf diesen nickelreichen NMC-Zellen. Ziel ist es, das System bis zum Reifegrad 6 (TRL6) zu entwickeln, was bedeutet, dass es praktisch einsatzbereit ist und für die Industrie vorbereitet wird.
Wichtige Neuerungen im Projekt sind unter anderem:
- Multiskalen-Modelle, um das Batterypack kompakt und sicher zu planen und sein Verhalten bei Wärme und Belastung zu simulieren
- Eine umweltfreundliche Herstellmethode, die besonders leichte Gehäuse aus verschiedenen Materialien in einem einzigen Arbeitsgang herstellt
- Mehrstufige Überwachungssysteme, die die Struktur, Temperatur sowie Lade- und Gesundheitszustand der Batterie überprüfen und dadurch die Komplexität des Batteriemanagements verringern
- Integrierte Kühlsysteme und gedruckte Stromschienen, die das schnelle Laden über einen großen Temperaturbereich unterstützen
Das Batterypack wird digital simuliert, um zu prüfen, wie es im Gesamtsystem Fahrzeug funktioniert. Von Anfang an werden Sicherheit und Nachhaltigkeit berücksichtigt, nach dem Prinzip „Safe-and-Sustainable-by-Design“.
Beitrag des AIT: Modellbasierte Optimierung
Das AIT Austrian Institute of Technology bringt seine Erfahrung in der digitalen Entwicklung von Batterien in das Projekt ein. Die Experten konzentrieren sich besonders auf Simulationen von Batteriepacks und ganzen Fahrzeugen, um leichte und sichere Batterielösungen zu entwickeln.
Durch virtuelle Analysen des Wärmemanagements, der Energienutzung und sicherheitsrelevanter Faktoren hilft das AIT, das Gewicht zu reduzieren und die Leistung sowie Sicherheit der Batterien zu verbessern. Solche Simulationen ermöglichen es, Entscheidungen schon früh im Entwicklungsprozess zu überprüfen und Risiken zu verringern.
Dr. Mirza Popovac, Projektleiter am AIT, sagt: „Im SIERRA-Projekt nutzen wir simulationsbasierte Methoden auf Batteriepack- und Fahrzeugebene, um sichere und energieeffiziente Leichtbau-Batteriekonzepte für den Schwerlastverkehr zu entwickeln. So können wir Designentscheidungen frühzeitig absichern und die Leistungsfähigkeit zukünftiger elektrischer Nutzfahrzeuge gezielt verbessern.“
Konsortium und Förderung
SIERRA besteht aus elf Partnern aus sieben europäischen Ländern. Diese Partner decken wichtige Bereiche rund um Batterien ab – von der Entwicklung der Materialien, über den Zusammenbau bis hin zur Prüfung der fertigen Systeme.
Das Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon Europe mit der Fördervereinbarung Nr. 101202495 unterstützt.
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Mag. Florian Hainz, BA
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