Mit Simulationen mehr aus der Batterie herausholen: Fraunhofer ITWM präsentiert Innovationen für die Elektromobilität

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Mit innovativen Technologien nehmen Forschende des Fraunhofer-Instituts
für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM das Batterieverhalten beim
Laden- und Entladen, die Optimierung der Batterieproduktion sowie das
Altern von Batterien in den Fokus.

 Sie nutzen moderne Simulationstools und neuartige Messtechniken, um die Weiterentwicklung der Batteriezellen von Elektroautos voranzutreiben. Auf der Battery Show Europe 2025 vom 3. bis 5. Juni 2025 präsentieren sie ihre Forschungsergebnisse.

Zentraler Bestandteil von Batteriezellen sind die Elektroden. Die
mikroskopische Struktur der Elektroden hat einen entscheidenden Einfluss
auf das Verhalten der gesamten Batteriezelle. Die Simulationssoftware BEST
des Fraunhofer ITWM ermöglicht es, die dreidimensionale Mikrostruktur von
Elektroden detailliert nachzubilden. Durch diese Simulationen gewinnen
unsere Forschenden wichtige Erkenntnisse über das Verhalten der
Batteriezelle: »Wir können damit Vorhersagen treffen, wie sich die Zelle
beim Laden und Entladen verhält und anschließend gezielt zu optimieren, um
die Leistung und Effizienz der Batterie zu verbessern«, erläutert Dr.
Jochen Zausch, Teamleiter »Elektrochemie und Batterien«.

Batteriealterung simulativ vorhersagen

Batteriezellen altern sowohl bei der aktiven Nutzung als auch bei der
Lagerung. Dabei gibt es sehr viele Faktoren, die das Alterungsverhalten
beeinflussen. Beispielsweise können durch die mechanische Belastung
während des Betriebs Teile der Zelle inaktiv werden, sodass sie nicht mehr
zum Ladungsaustausch beitragen. Darüber hinaus finden chemische
Nebenreaktionen statt, welche einen Kapazitätsverlust und einen erhöhten
Innenwiderstand zur Folge haben, was zum Leistungsverlust führt. »Wir
arbeiten daran, ein besseres Verständnis für die Zellen aufzubauen und
erforschen, wie man diese speziellen Alterungsprozesse verlangsamen kann,
um langfristig Ressourcen und Energie in der Batterieproduktion zu
sparen«, erläutert Dr. Falco Schneider, Experte für die
Batteriezellalterung. Verschiedene Alterungsmodelle und Analysemethoden
sind in der neuesten Version der Software BEST integriert.

Simulationsgestützte Optimierung der Batterieproduktion

Zusätzlich haben die Forschenden des Fraunhofer ITWM die
Batterieproduktion im Blick, die unter anderem in dem von der
Landesregierung geförderten Projekt »Digitalisierung der Batteriezell-
Produktion zur Erstellung eines Batteriezwillings für die gesamte
Produktlebensdauer«, abgekürzt DiBaZ, vorangetrieben wird. Ein
wesentlicher Aspekt ist die Simulation und Optimierung der zentralen
Schritte bei der Produktion von Batterien, wie beispielsweise das
Kalandrieren der Elektroden, die Elektrolytbenetzung und die Formierung
der Batteriezellen oder auch das Ausschäumen der Module zur Isolation, bei
der bewährte Tools wie FeelMath, FLUID sowie FOAM zum Einsatz kommen.

In DiBaZ werden verschiedene Kompetenzen am Fraunhofer ITWM
zusammengeführt, um einen digitalen Zwilling für alle Prozessschritte der
Batteriefertigung zu entwickeln. »Durch die Arbeiten in diesem Projekt
können wir unseren Industriepartnern Methoden und Modelle anbieten, die
nicht nur Prozesse aus der Batterieproduktion simulieren, sondern auch
eine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle ermöglichen sowie
Energiemanagement mit prädiktiver Regelung beinhalten«, erläutert Dr.
Konrad Steiner, Koordinator des Projekts.

Qualitätssicherung in der Batterieproduktion

Außerdem hat das Fraunhofer ITWM seine Terahertz-Messtechnik
weiterentwickelt und bietet neue Möglichkeiten zur Beschichtungskontrolle
von Batteriezellen. Inspektionssysteme auf Grundlage von Terahertz
arbeiten als optische Verfahren berührungslos und zerstörungsfrei.
Besonders wichtig: Sie sind auch völlig unbedenklich für die Gesundheit.
»Die Ergebnisse von Versuchen zur Terahertz-Messtechnik sind
vielversprechend und zeigen das große Potenzial dieser Technologie für die
Produktion von Batteriezellen«, so Dr. Joachim Jonuscheit,
stellvertretender Abteilungsleiter »Materialcharakterisierung und
-prüfung« am Fraunhofer ITWM.

Präsentation auf der Battery Show Europe 2025

Auf der Battery Show Europe 2025 vom 03. bis 5. Juni sind unsere Experten
mit einem Exponat zur Inline-Schichtdickenmessung der Beschichtung von
Batteriefolien vertreten. Außerdem präsentieren unsere Forschenden in
Stuttgart die neuesten Entwicklungen unseres Simulationstools BEST sowie
Möglichkeiten der physikalischen Zellsimulation und der Simulation von
Batterieproduktionsprozessen.

Besuchen Sie uns auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Allianz
Batterien in Halle 10, Stand J40. Wir freuen uns auf Ihren Besuch!