Projekt

Die elektrische Energiespeicherung ist eine Schlüsseltechnologie und Voraussetzung für den Umbau der Energieversorgung. Dies betrifft insbesondere die zukünftige Mobilität sowie die stationäre Energiespeicherung als Applikationen, welche ohne leistungsfähige Speicherlösungen nicht umsetzbar sind. Hierfür muss unter hohem zeitlichem Druck die Entwicklung, Fertigung, der Betrieb und schließlich auch das Recycling von elektrochemischen Energiespeichern (insbesondere Lithium-Ionen Batterien) vorangetrieben werden.

Batterien sind wie alle High-Tech Anwendung sehr komplex aufgebaut.  Die eingesetzten Materialien wie beispielsweise Lithium, Kobalt, Nickel etc. stellen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit kritische Rohstoffe mit hohem Recyclingbedarf dar, die Eigenschaften der Materialien und Komponenten werden im Zuge der Batterieherstellung in Form der inneren Struktur, der verwendeten Materialien und der Konditionierung eingestellt und weiterhin verändert sich die Batterie im Laufe der Nutzung und muss kontinuierlich bzgl. ihrer Leistungsfähigkeit und Lebensdauer bewertet werden. Die Informationen über den Lebenszyklus werden bisher unzureichend erfasst, nicht zusammengeführt, ausgewertet und nur eingeschränkt genutzt, und somit gehen Innovationspotenziale und Entwicklungszeiten verloren. Es fehlen bisher eine konsequente Datenerfassung und die Nutzbarmachung über einen tiefgreifenden Datenraum.

Mit Unterstützung digitaler Werkzeuge soll diese enorme Aufgabe effizienter, smarter und beschleunigt bewältigt werden. Diese Werkzeuge erfordern jedoch eine umfangreiche Datenbasis. Die Schaffung einer übergreifenden Daten-, Informations- und Wissensplattform im Hinblick auf die Digitalisierung in der Batterietechnologie kann die Batterieentwicklung mit vielen Akteuren und Partnern beschleunigen, die Batterieherstellung ressourcenschonender und effizienter gestalten sowie eine sichere Batterienutzung und ein effektives Recycling ermöglichen. Mit dem Ziel »Daten, Wissen und Anwendung müssen eins werden«, soll unter dem Begriff BatterieDigital ein kompletter Datenraum erstellt werden, um mit digitalen Werkzeugen die Vorhersage von Struktur- Eigenschaftsbeziehungen, die Steuerung und Automatisierung von Prozessen und die Beschleunigung von Entwicklungsloops zu ermöglichen.

Battery Digital Data Space (BDDS)

Im Projekt BatterieDigital befasst sich die Fraunhofer-Gesellschaft daher mit den Herausforderungen und Chancen beim Aufbau eines föderierten Datenraumes über den gesamten Entwicklungs- und Lebenszyklus von elektrischen Batteriespeichern (heute vor allem Lithium-Ionen-Batterien LIB). Ein föderierter Datenraum meint hier ein System von dezentral (gemeinschaftlich) organisierten Datenbanken, deren Datenbestand durch Metadaten erschlossen und (über einen Wissengraphen) semantisch verknüpft ist. Die Datensouveränität verbleibt immer bei den Eigentümern der Daten und digitalen Werkzeuge (z. B. Algorithmen), deren Verwendung und Austausch unter den Akteuren ausgehandelt wird.

Das Projekt BatterieDigital verfolgt insbesondere drei Schwerpunkte: die Bündelung der vorhandenen Fraunhofer-Kompetenzen in der Batterietechnologie, die Identifikation von methodischen und rechtlichen Handlungsmöglichkeiten im Sinne der Entwicklung eines Data Space BatterieDigital und das Vorantreiben künftiger, datenbasierter Geschäftsmodelle im Kontext des Aufbaus einer Datenökonomie. Im Zuge einer Implementierung sollen die anwendungsnahen Daten, Simulationen und KI-Modelle aus Entwicklung, Produktion und Anwendung semantisch strukturiert und zur gemeinsamen Nutzung als Digitale Produkte verfügbar gemacht werden

Fraunhofer kann als große Forschungsgesellschaft durch eine selbstentwickelte Ontologie und digitale FAIRe (Findable, Accessible, Interoperable, and Re-usable) Infrastruktur einzigartige institutsübergreifende datenbasierte Forschungsangebote für Industriepartner anbieten. Weiterhin hilft Fraunhofer Industrie- und Forschungspartnern bei der Digitalisierung und bietet dazu Workshops, Hackathons, Weiterbildung und über Partner Zugang zu umfassenden hochvernetzten Forschungsdaten an. Die batteriebezogenen Datenbestände und digitalen Tools der Fraunhofer-Institute sollen im Datenraum bereitgestellt und nach den Erfordernissen der Nutzer im Datenraum ergänzt werden.

In Zukunft sollen die Forschungsdaten und standardisierten Metadaten aus Maschinen, Simulationen oder zentralen Einrichtungen wie der Werkstatt direkt in ein zentrales Labor-Informations-Management-System (LIMS) übertragen und dort verknüpft werden, so dass eine Nachnutzung möglich wird (FAIR).

Start 2022 (laufend)

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. 

• Fraunhofer-Institut für Internationales Management und Wissensökonomie IWM
• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
• Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
• Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
• Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI
• Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.