MiBZ

Multifunktionale intelligente Batterie-Zelle

Teilprojekt 1

Sensorik, Intelligenz und digitaler Zellpass für Multifunktionale intelligente Batterie-Zellen

Laufzeit: 01.11.2015 bis 31.10.2018

Fördersumme: 4.863.088,00 €

Projektvolumen: 9.726.176,00 €
 

ausführende Stelle:

Infineon Technologies AG, IFAG OP F RD
Am Campeon  1-12
85579 Neubiberg

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Infineon Technologies AG

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Förderkennzeichen: 03XP0027A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Kurzbeschreibung des Teilprojektes

  • Entwicklung und Umsetzung der Elektronik, welche eine LIB-Zelle zu einer MiBZ macht
  • Entwicklung und Weiterentwicklung von Sensorik in bzw. an einer LIB-Zelle
  • Entwicklung und Umsetzung einer Kommunikationsstrategie für die MiBZ
  • Entwicklung des digitalen Zellpasses


Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Ein Ansatz, den relativ hohen „Kohlendioxid-Footprint“ von Elektrofahrzeugen zu senken, der aus der aufwändigen Herstellung der momentan eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien (LIB) resultiert, ist eine möglichst hohe Nutzungsdauer der Lithium-Ionen-Batterien, etwa in einer zweiten Verwendung nach der Anwendung im Fahrzeug (sogenannter „second use“). Die Erforschung der dafür notwendigen speziellen Funktionalitäten einer sogenannten „Multifunktionalen intelligenten Batterie Zelle (MiBZ)“ steht im Fokus des Verbundvorhabens MiBZ.

Eine solche MiBZ ist einerseits für die Massenproduktion geeignet, aber durch ihre Zellchemie und die eingebaute „Intelligenz“ in Form von Sensoren und eines „Zellpasses“ sowohl für Fahrzeuge als auch für stationäre Anwendungen einsetzbar. Die integrierte Elektronik macht die Zellen zwischen den Anwendungen austauschbar und ermöglicht somit besonders in den Second-use-Anwendungen eine höhere Sicherheit. Des Weiteren verbessert die Elektronik die Verbindung der Zellen und unterstützt auch Businessmodelle für Second-use-Anwendungen.

Eine wesentliche Komponente dazu ist eine möglichst präzise Messdatenerfassung und Zustandsbestimmung für jede einzelne Zelle des Batteriesystems. Mit diesen Größen lassen sich Batteriesysteme optimal ausnutzen und eine Wiederverwendung der Zellen in einer Second-use-Anwendung wird vereinfacht.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Durch die Integration von Elektronik in die Zelle ergeben sich deutlich einfachere, zuverlässigere und auch sicherere Batteriesysteme. Die multifunktionale, intelligente LIB-Zelle besitzt eine für beide Anwendungen geeignete Zellchemie und Elektronik mit einer Lebensdauer von mindestens fünf Jahren im Fahrzeug und anschließend mindestens zehn Jahren in stationären Anwendungen. Die integrierte Elektronik ermöglicht eine zellbasierte und in die Zellen integrierte und kontinuierliche Zustandsbestimmung (z. B. SoH), wodurch beim Wechsel der Anwendung der wirtschaftliche Wert der Zellen ohne aufwändige Messungen bestimmt werden kann. Weitere Funktionen der MiBZ sind die Speicherung einer lückenlosen Historie (beginnend bei der Zellproduktion) bzw. die Möglichkeit eines Plagiatsschutzes.

Die Ziele von Infineon im Rahmen des Gesamtvorhabens umfassen die Entwicklung des digitalen Zellpasses, Entwicklung und Weiterentwicklung von Sensorik, die Entwicklung und Umsetzung einer Kommunikationsstrategie für die MiBZ sowie die Entwicklung und Umsetzung der Elektronik, welche eine LIB-Zelle zu einer MiBZ macht.

Dementsprechend koordiniert Infineon das Gesamtvorhaben sowie die beiden Teilaufgaben „Sensorik & Aktorik“ und „Intelligenz der Zelle“. Zu allen anderen Teilaufgaben und auch zu den Demonstratoren, mit welchen am Ende des Vorhabens dessen Erfolg belegt werden soll, liefert Infineon wesentliche Beiträge.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Infineon erhofft sich vom Vorhaben MiBZ eine fundierte Sicht der Möglichkeiten für elektronische Bauteile, insbesondere hochintegrierte Schaltkreise sowie sensorische und kryptographische Elemente im Massenmarkt der Batteriezelle. Momentan werden IC zwar nur als Teile der Batteriesteuerung gesehen, jedoch ist bereits dieser Markt durch relativ hohe Stückzahlen für Infineon interessant. Eine LIB für Automotive-Anwendungen umfasst jedoch 100 und mehr Batteriezellen, wodurch – unter den üblichen Annahmen der Steigerungsraten der Elektromobilität – ein echter Massenmarkt entstehen kann, sobald Elektronik in jede LIB-Zelle eingebaut wird.

Das Vorhaben MiBZ ermöglicht Infineon einen signifikanten Fortschritt in drei für Infineon strategischen Bereichen: Sensorik in und an LIB-Zellen, digitaler Zell-Pass (DZP) und Batterieelektronik. Der direkte Austausch mit allen Partnern der kompletten Fertigungskette von der LIB-Zelle bis zum fertigen System im xEV bzw. für stationäre Anwendungen bietet Infineon die Möglichkeit, Konzepte und Ideen auf diesen beiden Gebieten in allen Aspekten – insbesondere kommerziellen – zu diskutieren und zu erproben, wie es für eine Produktentscheidung notwendig ist.

Die industrielle Bewertung und der Funktionalitätsnachweis aus dem Fördervorhaben MiBZ dienen als Entscheidungsgrundlage für weitere Produktentwicklungen bei Infineon. Mittelfristig geht Infineon davon aus, dass ein oder mehrere Bauteile in/an jeder Batteriezelle enthalten sein werden. Dies wird langfristig zu erhöhten Stückzahlen sowohl für Automobil- als auch Stationäre-Speicher-Anwendungen führen. Für die Produktion von intelligenten Sensoren in bzw. an Batteriezellen für den weltweiten Markt, gegebenenfalls auch als Systemlösung mit weiteren Funktionalitäten erhofft sich Infineon die Erschließung weiterer Marktsegmente.


Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.11.2015 bis 31.10.2018
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 11.545.758,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

Teilprojekt 1: Sensorik, Intelligenz und digitaler Zellpass für Multifunktionale intelligente Batterie-Zellen

Förderkennzeichen: 03XP0027A

Infineon Technologies AG, IFAG OP F RD
85579 Neubiberg

Teilprojekt 2: Demonstratoraufbau und -validierung stationär

Förderkennzeichen: 03XP0027B

Varta Storage GmbH
86720 Nördlingen

Teilprojekt 3: Entwicklung und Test der MiBZ-Zelle

Förderkennzeichen: 03XP0027C

Varta Microbattery GmbH
73479 Ellwangen (Jagst)

Teilprojekt 4:

Förderkennzeichen: 03XP0027D

Bayerische Motoren Werke AG
80788 München

Teilprojekt 5: Risikoanalyse und Untersuchung zur Funktionalen Sicherheit

Förderkennzeichen: 03XP0027E

SGS-TÜV Saar GmbH - Global Competence Center, Funktionale Sicherheit & Cyber-Sicherheit
81379 München

Teilprojekt 6:

Förderkennzeichen: 03XP0027F

Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie
91058 Erlangen

Teilprojekt 7: Zellsimulation, Zustandsbestimmung und Gesamt-BMS für eine Multifunktionale intelligente Batterie-Zelle

Förderkennzeichen: 03XP0027G

Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik
80333 München

Fördergeber: BMBF, Referat 511

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Die Elektromobilität gilt nach wie vor als aussichtsreichste Technologie für unsere zukünftige Mobilität. Neben lokaler Emissionsfreiheit besteht langfristig die Möglichkeit einer nahezu idealen Integration in die Nutzung erneuerbarer Energien. Gleichzeitig spielen stationäre Batteriespeicher eine immer größere Rolle bei der Gewährleistung einer hohen Versorgungssicherheit zukünftiger Stromnetze mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien. Die in Elektrofahrzeugen momentan eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer aufwändigen Herstellung einen zu Beginn der Nutzungsdauer relativ hohen „Kohlendioxid-Footprint“. Ein Ansatz diesen zu senken, ist eine möglichst hohe Nutzungsdauer der Lithium-Ionen-Batterien, etwa in einer zweiten Verwendung nach der Anwendung im Fahrzeug (sogenannter „second use“). Die Erforschung der dafür notwendigen speziellen Funktionalitäten einer sogenannten „Multifunktionalen intelligenten Batterie Zelle (MiBZ)“ steht im Fokus des Vorhabens.

Das Ziel des Vorhabens MiBZ besteht in der Erforschung und Entwicklung einer Lithium-Ionen-Zelle, die einerseits für die Massenproduktion geeignet ist, aber durch ihre Zellchemie und die eingebaute „Intelligenz“ in Form von Sensoren und eines „Zellpasses“ sowohl für Fahrzeuge als auch für stationäre Anwendungen einsetzbar ist. Die integrierte Elektronik macht Zellen zwischen den Anwendungen austauschbar und ermöglicht somit – besonders in den Second-use-Anwendungen – eine höhere Sicherheit. Des Weiteren erleichtert die Elektronik die Anbindung verschiedenartiger Zellen in unterschiedlichen Speichersystemen und vereinfacht damit den Aufwand für den Aufbau unterschiedlicher Systeme und verkürzt letztlich die „Time to Market“.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Das Vorhaben MiBZ vereint ein Konsortium, welches mit einem Zellhersteller (Varta Microbattery), einem Komponentenhersteller (Infineon), einem Prüfinstitut (SGS-TÜV) und zwei Speicheranwendern (automobil: BMW; stationär: Varta Storage), begleitet von zwei wissenschaftlichen Instituten (FhG IISB, TUM), die gesamte Wertschöpfungskette einer LIB umfasst.

Durch die Integration von Elektronik in die Zelle ergeben sich deutlich einfachere, zuverlässigere und auch sicherere Batteriesysteme. Die multifunktionale, intelligente LIB-Zelle besitzt eine für beide Anwendungen geeignete Zellchemie und Elektronik mit einer Lebensdauer von mindestens fünf Jahren im Fahrzeug und anschließend mindestens zehn Jahren in stationären Anwendungen. Die integrierte Elektronik soll Zellen zwischen den Anwendungen austauschbar machen und das Matching von Zellen vereinfachen. Besonders in den Second-use-Anwendungen soll eine höhere Sicherheit gewährleistet und auch Businessmodelle sollen dafür unterstützt werden. Durch eine zellbasierte und in die Zellen integrierte und kontinuierliche Zustandsbestimmung (z. B. SoH) kann beim Wechsel der Anwendung der wirtschaftliche Wert der Zellen ohne aufwändige Messungen bestimmt werden. Ferner können weitere Funktionen enthalten sein, wie die Speicherung einer lückenlosen Historie (beginnend bei der Zellproduktion) oder ein Plagiatsschutz. Hierbei sollen die Kosten auf dem Niveau des Stands der Technik (Standardzellen) oder darunterliegen und die Komplexität auf Systemebene geringer sein.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die industrielle und gesellschaftliche Relevanz des Verbundvorhabens MiBZ liegt in der langfristigen Erhaltung einer hohen Wertschöpfung für Deutschland bzw. Europa im Automobilbau sowie im Bereich stationärer Energiespeicher. Dies soll durch die Erforschung der Grundlage zur Herstellung von Zellen mit eingebautem Mehrwert gegenüber den momentan marktbeherrschenden Herstellern erreicht werden. So kann eine Technologieführerschaft im Bereich der Zellen und deren Komponenten entstehen, welche langfristig einen hohen Anteil an der Gesamtwertschöpfung auch bei der Herstellung von Elektroautos für die europäischen und ganz besonders für die deutschen Fahrzeughersteller sichern kann.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil, 2nd Life und Recycling

Förderempfänger

Industrie, Dienstleister, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt


Schlagworte zum Teilprojekt

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Kathode NMC Standard NMC

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Anode Graphite

Anwendungsfelder

mobil Antriebsart BEV

mobil Antriebsart Hybrid

mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug

2nd Life und Recycling 2nd Life als stationärer Speicher

Förderempfänger

Industrie Elektrotechnik

Teilprojektleiter

Herr Dr. Wilhelm Maurer
Infineon Technologies AG
IFAG OP F RD
Am Campeon  1-12
85579 Neubiberg
zum Internetauftritt

Telefon: +49 160 4740395
Fax: +49 89 234-955 2615
E-Mail: wilhelm.maurer@infineon.com


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Wilhelm Maurer
Infineon Technologies AG
IFAG OP F RD
Am Campeon 1-12
85579 Neubiberg
Telefon: +49 160 4740 395
Fax: +49 89 234-9552615


Pressekontakt für Teilprojekt

Herr Dr. Wilhelm Maurer
Am Campeon 1-12
85579 Neubiberg
Telefon: +49 160 4740 395
Fax: +49 89 234-9552615
E-Mail: wilhelm.maurer@infineon.com


Pressekontakt für Verbundprojekt

Herr Dr. Wilhelm Maurer
Am Campeon 1-12
85579 Neubiberg
Telefon: +49 160 4740 395
Fax: +49 89 234-9552615
E-Mail: wilhelm.maurer@infineon.com

Typ Inhalt Aktion
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