SimBAS – Simulation von Batteriezellen und Anwendungen in Speichersystemen

Im Projekt „Simulation von Batteriezellen und Anwendungen in Speichersystemen – SimBAS” wird eine kombinierte Speicher-Simulationstoolchain entwickelt, welche die Wertschöpfungskette von den Materialien für Batteriezellen bis zur Anwendung abdeckt. Dazu arbeiten der Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik der TU München (EES), der Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH Aachen (ISEA), Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen (PEM), das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) und das Fraunhofer-Institut für integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) gemeinsam im Projekt. Die Projektkoordination übernimmt das EES.
Innerhalb des in SimBAS entstehenden Programmframeworks lassen sich erstmalig Aspekte der Auslegung von aktuellen und zukünftigen Lithium-Ionen-Batteriezellen auf ein passendes Systemdesign für eine applikationsspezifische Anwendung abbilden. Es werden dabei technische, ökonomische und Design-spezifische Aspekte berücksichtigt. Im Themenfeld der Batteriezellen wird dabei beantwortet, wie von Material- und Produktionsdaten auf Kosten- und Performance-Parameter aktueller und zukünftiger Batteriezellen geschlossen werden kann. Als Basis dient eine Datenbank, in welcher Kenngrößen verschiedener Zell- und Systemkomponenten verwaltet werden können. Aus diesen können virtuelle Zellen dimensioniert oder „digitale Zwillinge” existierender Zellen erstellt werden. Die so ermittelten Batteriezellen werden im Systemmodell passend zur gewählten Systemtopologie und Vorgaben zur Systemperipherie simuliert und es wird analysiert, welche Zelltypen oder Kombinationen von Zelltypen (Stichwort: Hybridspeicher) vorgegebene Anwendungsfälle am technisch und ökonomisch sinnvollsten erfüllen können. Anwendungsseitig werden neben aktuellen singulären Speicheranwendungen auch singuläre und kombinierte mobile und stationäre Anwendungsfälle der Zukunft betrachtet und deren Anforderungsprofile in das Systemmodell integriert. Weiterhin werden aufbauend auf eigenen spezialisierten Simulationstools für die Konzipierung von Energiespeicherlösungen in Kombination mit Windkraftanlagen Erkenntnisse einfließen und daraus Lösungen für ausgewählte, relevante Nutzungsszenarien konzipiert. Die Definition zukünftiger Batteriezellen und Anwendungsfälle wird in Zusammenarbeit mit Industrievertretern im Rahmen von Workshops und mit Hilfe eines Leitfragenkatalogs geschehen, um zu praxisnahen Einschätzungen zu gelangen. Die entstehende holistische Simulationstoolchain wird zur Erreichung des größtmöglichen Nutzens in Forschung und Industrie Open Source gestellt.