Energie im Wandel
Energiespeicher erlangen eine immer größere Bedeutung in den Bereichen der elektrischen Unterhaltungselektronik, mobilen Kommunikationsgeräte, Hybrid- und Elektrofahrzeuge oder zur Speicherung von elektrischer Energie in Netzen (u.a. Heimspeicher) mit hohem Anteil an regenerativ erzeugter Energien. Allgemein bezeichnet dabei ein Energiespeicher eine energietechnische Einrichtung, welche die drei Prozesse Einspeichern, Speichern und Ausspeichern beinhaltet. Die drei Prozesse können in einem Schritt integriert oder separat durch verschiedene Vorgänge (Umwandlungen) realisiert werden.
Die an der der Energiespeicherung maßgebend beteiligten Komponenten auf unterschiedlichen Systemebenen (Material-, Bauteil- oder Baugruppenebene) müssen sich einer Vielzahl komplexer Anforderungen stellen. Neben den üblichen Herausforderungen der Energiespeicherung (Energieinhalt, Lebensdauer und Kosten) kommen anwendungsspezifische Anforderungen hinzu. Hier gilt es maßgebende physikalische und funktionelle Systemzusammenhänge im interdisziplinären Kontext abzuleiten, um mit Hilfe ganzheitlicher, methodischer Ansätze (wie z.B. Model-based System Engineering) nachhaltige Lösungen zu entwickeln und Entwicklungszeiträume zu minimieren.
In der AG Energiespeichersysteme (ESS) werden Strategien, Methoden und Hilfsmittel für die Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Energiespeichern entwickelt und in die praktische Anwendung überführt. Dabei liegt der Fokus vor allem in der Beschreibung und Modellierung ganzheitlicher Systeme (Systems Engineering) und deren Nutzung über alle Lebensphasen (Kreislaufführung) hinweg.
In diesem Kontext beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit konstruktionsmethodischen Fragestellungen auf unterschiedlichen Ebenen der Wertschöpfungskette. Diese reichen z.B. von der konstruktiven Gestaltung des Zelldesigns (u.a. FEM, Sicherheitsmodellierung) über den Aufbau von optimierten Modul- und Packarchitekturen bis hin zur Integration ganzer Systeme ins Fahrzeug. Dabei steht u.a. die Sicherheitsbetrachtung mit Hilfe von prädikativen Simulationstechniken (z.B. Multiphysik-Modellierung des „Thermal Runaways") im Fokus. Dies ermöglicht das Betriebsverhalten (Lebenphasen-orientiert) sowie Missbrauchsszenarien (z.B. Crash) zu modellieren und das Alterungsverhalten abzubilden. Hinsichtlich der Vermeidung von „open Loops“ im Materialkreislauf und der Reduzierung von Umweltwirkungen werden kreislauforientierte Designansätze angewendet und Kreislaufführungsoptionen für Energiespeicher ermittelt.
Das Institut für Konstruktionstechnik verfügt über weitreichende rechnergestützte Modellierungs- und Simulationseinrichtungen. Des Weiteren kann über den angegliederten Werkstattbereich und diversen Anlagen zur additiven Fertigung die Herstellung von Versuchseinrichtungen und Funktionsmustern erfolgen.
Als aktives Mitglied in der Battery Labfactory Braunschweig (BLB) kann auf die existierende Infrastruktur der Batterieproduktionsanlage (Pilotlinie für Pouchzellen und zylindrische Zellen) zurückgegriffen werden. Diese bildet die gesamte Wertschöpfungskette, von der Material-, Elektroden- und Zellherstellung bis hin zum Recycling ab. Mit dem Niedersächsischen Fahrzeug Forschungszentrum (NFF) besteht eine wichtige Schnittstelle zur anwendungsspezifischen Umsetzung und Integration von Energiespeichersystemen in mobilen Anwendungen.
Neben der Nutzung im Rahmen von Forschungs- und Industrieprojekten werden die Einrichtungen auch im Bereich der Lehre und der studentischen Ausbildung eingesetzt. Für Studenten der Technischen Universität Braunschweig wird eine Sprechstunde (nach Absprache) angeboten, um sich über die Potenziale der Elektromobilität und Energiespeicherentwicklung zu informieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zur Betreuung von studentischen Arbeiten für Bachelor- und Masterstudiengänge.
Am Institut für Konstruktionstechnik besteht eine langjährige enge Zusammenarbeit mit den Partnern der BatteryLab Factory Braunschweig (Mitglied seit 2008), um institutsübergreifend und interdisziplinär an zukunftsfähigeren Energiespeichern mit dem Schwerpunkt auf der Lithium-Ionen-Technologie zu forschen. Als Gründungsmitglied des niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik (NFF) bilden wir die Schnittstelle zwischen dem Energiespeicher und dem Fahrzeug.
Neben anwendungsorientierten bilateralen Industrieprojekten und öffentlich geförderten Forschungsvorhaben, werden auch grundlagenorientierte Fragestellungen betrachtet. Wir freuen uns über Projektanfragen oder einen inhaltlichen Austausch in den oben angeführten Forschungsschwerpunkten sowie angrenzenden Themengebieten und sind für Kooperationen offen.
Alle Mitarbeitern/innen der Arbeitsgruppe sind unter der folgenden Link zu finden