Modellierung des Alterungsverhaltens von Batteriespeichern für Batterietriebzüge in Stuttgart bei Institut für Fahrzeugkonzepte (Deutsch Zentrum für Luft und Raumfahrt e V )

Batterietriebzüge (engl. Battery Electric Multipe Units – BEMU) bieten auf nicht oder nur teilweise elektrifizierten Strecken eine energie- und kosteneffiziente Alternative gegenüber einer Vollelektrifizierung der Strecke bzw. dem Einsatz von Dieselfahrzeugen. In Abhängigkeit der Streckencharakteristik und der betrieblichen Randbedingungen (z.B. Fahrpläne) unterliegen Batteriespeicher für Regionaltriebzüge hohen Anforderungen, sowohl bedingt durch den Leistungsbedarf als auch im Hinblick auf die Betriebsdauer. Der Batteriespeicher hat dabei einen maßgeblichen Einfluss auf die Lebenszykluskosten der Triebzüge, da neben dem initialen Invest alterungsbedingt ein Tausch der Speicher innerhalb der Nutzungsphase notwendig wird. Entsprechend ergeben sich hohe Anforderungen an die Zyklenfestigkeit sowie die kalendarische Lebensdauer der Speichermodule.

Im Rahmen Ihrer Arbeit soll ein Alterungsmodell für Batteriespeicher für den Einsatz in Batteriezügen entwickelt werden. Das Modell soll auf Basis von geeigneten Verfahren, wie z.B. Energiedurchsatzmodelle oder KI-basierter Ansätze, die zyklische und kalendarische Alterung von Batteriespeichern in Abhängigkeit der Dimensionierung des Batteriespeichers und des Lastprofils prognostizieren.

Ihre Aufgaben sind im Einzelnen:

• Einarbeitung in das Themenfeld batterieelektrische Triebzüge (BEMU) und Anforderungen an Batteriespeicher im SPNV-Betrieb (u.a. Charakteristik der Lastprofile)
• Literaturrecherche zu Modellierungsansätzen (z.B. Energiedurchsatzmodelle, semi-empirische Modelle, KI-basierte Verfahren) für die kalendarische und zyklische Alterung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB)
• Auswahl geeigneter Modellierungsansätze für ausgewählte LIB-Technologien (insb. LFP und LTO) unter Berücksichtigung der Datenverfügbarkeit
• Implementierung geeigneter Modellierungsansätze und Anwendung des Alterungsmodells auf Lastprofile von Batterietriebzügen und Abschätzung der Lebensdauer
• Vergleich der Ergebnisse mit einem bestehenden Alterungsmodell sowie Einordnung anhand von Literaturdaten

• laufendes Studium Fahrzeugtechnik/Maschinenbau, Energietechnik, Physik, Computer/Systems-Engineering, Informationstechnik oder verwandte Studiengänge
• Programmierkenntnisse (insbesondere Python)
• Interesse am Themenfeld batterieelektrischer Fahrzeuge
• selbständige und motivierte Arbeitsweise