Der Verkehrssektor – insbesondere schwere Nutzfahrzeuge wie Busse und Lkw – steht vor der dringenden Aufgabe, Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren, um die europäischen Klimaziele zu erreichen. Elektrische Antriebssysteme sind dabei ein zentraler Hebel.
Für den Einsatz im Schwerlastbereich werden Batteriesysteme benötigt, die hohe Energiedichte, maximale Sicherheit, lange Lebensdauer, Schnellladefähigkeit und geringes Gewicht vereinen. Nickelreiche NMC-Zellen bieten großes Potenzial zur Steigerung der spezifischen Energie. Gleichzeitig steigen mit höherer Energiedichte die Anforderungen an thermisches Management, strukturelle Integrität und kontinuierliche Zustandsüberwachung. Konventionelle Batteriepack-Architekturen stoßen hier hinsichtlich Sicherheit, Dauerhaltbarkeit und Systemgewicht zunehmend an ihre Grenzen.
SIERRA: Ganzheitliche Entwicklung bis zur Anwendungsreife
Das europäische Forschungsprojekt SIERRA adressiert diese Herausforderungen mit der Entwicklung eines sicheren, nachhaltigen, leichten und leistungsstarken Batteriepacks auf Basis nickelreicher NMC-Zellen. Der Schwerpunkt liegt auf Anwendungen im elektrischen Busverkehr. Das Gesamtsystem wird bis zum Technologie-Reifegrad 6 (TRL6) validiert und damit auf eine spätere Industrialisierung vorbereitet.
Zu den technologischen Innovationen zählen:
- Multiskalen-Modellierung zur kompakten und sicheren Auslegung des Batteriepacks sowie zur Simulation des thermischen und mechanischen Verhaltens
- Ressourcenschonende One-Shot-Fertigung von leichten Multimaterial-Gehäusen
- Mehrstufige Überwachungskonzepte (Strukturüberwachung, thermisches Mapping, Bestimmung von Ladezustand und Gesundheitszustand) bei gleichzeitiger Reduktion der Systemkomplexität des Batteriemanagements
- Vollintegrierte Kühlsysteme und gedruckte Stromschienen zur Unterstützung hoher Ladeleistungen über ein breites Betriebsfenster
Die Integration des Batteriepacks in das Gesamtfahrzeug wird mithilfe eines digitalen Zwillings simuliert. Sämtliche Entwicklungsarbeiten folgen dem „Safe-and-Sustainable-by-Design“-Ansatz und berücksichtigen Sicherheits- und Nachhaltigkeitsaspekte von Beginn an.
Beitrag des AIT: Modellbasierte Optimierung auf Pack- und Fahrzeugebene
Das AIT Austrian Institute of Technology bringt seine umfassende Expertise in der modellbasierten Entwicklung von Batteriesystemen in das europäische Konsortium ein. Der Schwerpunkt liegt auf Simulationen auf Ebene des Batteriepacks sowie des Gesamtfahrzeugs, um sichere und energieeffiziente Leichtbaukonzepte systematisch zu entwickeln und abzusichern.
Durch die virtuelle Analyse von thermischem Verhalten, Energieflüssen und sicherheitsrelevanten Parametern unterstützt das AIT die Optimierung hinsichtlich des Gewichts, der Leistungsfähigkeit und der Betriebssicherheit. Simulationen ermöglichen es, Designentscheidungen frühzeitig zu validieren, Entwicklungsrisiken zu reduzieren und die Systemperformance gezielt zu steigern.
Dr. Mirza Popovac, Projektleiter am AIT, betont: „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 vereint elf Partner aus sieben europäischen Ländern und deckt wesentliche Kompetenzen entlang der Batterie-Wertschöpfungskette ab – von Materialentwicklung über Systemintegration bis zur Validierung.
Gefördert wird das Projekt durch die Europäische Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon Europe unter der Fördervereinbarung Nr. 101202495.