von RALF BUTSCHER
Eine steile und kurvenreiche Passstraße bei Schneefall in den Alpen, eine lange Fahrt bei grellem Sonnenschein auf der Autobahn im heißen spanischen Sommer, ermüdender Stopp-and-Go-Verkehr mitten in Berlin: Je nachdem, wo und wann man mit seinem Elektrofahrzeug unterwegs ist, wird die Batterie des Wagens auf unterschiedliche Weise strapaziert. Das hat deutliche Auswirkungen auf ihre Leistung und Lebensdauer sowie darauf, wie lange die in den Zellen gespeicherte Energie reicht, bevor die Batterie ans Ladekabel muss.
Um das Verhalten einer Batterie unter verschiedenen Straßen-, Umwelt- und fahrerischen Verhältnissen zu untersuchen, testen die Hersteller das üblicherweise durch ausgiebige Probefahrten in realen Fahrzeugen. Die dabei gesammelten Daten werden dann in ein Simulationstool gespeist, mit dem sich die Folgen beispielsweise für das Material der Elektroden und den stromleitenden Elektrolyten im Herzen der Batteriezelle berechnen lassen.
„Ein solches Simulationswerkzeug haben wir bereits vor etlichen Jahren entwickelt“, berichtet Konrad Steiner Leiter der Abteilung Strömungs- und Materialsimulation am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserlautern. „Das Tool BEST wird heute von Unternehmen aus der Batterie- und Automobilbranche regelmäßig genutzt, vor allem, um die Technologie und die Gestaltung des Innenlebens der Akkus weiterzuentwickeln und zu verbessern.“
Simulation und virtuelle Probefahrt
Den Fraunhofer-Forschern aus der Pfalz genügt das aber nicht. „Deshalb haben wir in einem Forschungsprojekt unsere Kompetenz bei der Simulation mit Erfahrungen auf einem anderen Gebiet zusammengebracht: der Realisierung von virtuellen Messkampagnen“, berichtet Steiner. Bei einer solchen Messkampagne setzen sich die Forscher am Rechner in eine Art digitalen Zwilling eines Testwagens – und absolvieren damit rein virtuelle Probefahrten unter diversen Konditionen. Auf diese Weise lassen sich nicht nur ganz unterschiedliche Straßenverhältnisse und klimatische Bedingungen am Computer imitieren und durchspielen, sondern beispielsweise auch defensives oder aggressives Fahrverhalten sowie beliebige Verkehrssituationen.
So kann die virtuelle Testumgebung freie Bahn auf einer Landstraße ebenso nachstellen wie einen Stau, ein plötzlich auftauchendes Hindernis oder ein langsames Fahrzeug, das es mit Vollgas zu überholen gilt.
„Die Kombination beider Tools war technisch eine Herausforderung“, berichtet der Forscher. Denn der Rechner muss die Prozesse für Batteriezellverhalten und virtuelle Testfahrten in Echtzeit unter einen Hut bringen können. Dem Team am Fraunhofer ITWM gelang es in dem Ende 2023 ausgelaufenen Projekt „Multiskalen-BEV“, diese Aufgabe zu bewältigen und die beiden Module nahtlos miteinander zu verbinden. „Das Ergebnis ist eine bislang einzigartige Möglichkeit, Batterien zusammen mit ihrem kompletten Anwendungsumfeld digital zu testen“, freut sich Konrad Steiner – und das nicht nur für existierende Batterietypen, sondern auch für neue Technologien.
