CGI of Electric Static Storage units

PRESSEARTIKEL

DIESE SOFTWARE STELLT FEST, WIE GESUND TEURE BATTERIEN NOCH SIND

Das Münchener Startup TWAICE sorgt mit einem digitalen Zwilling für ein längeres Leben und geringere Kosten bei modernen Energiespeichern

Im Elektroauto ist die Batterie das mit Abstand teuerste Bauteil. Doch ausgerechnet beim wertvollen Energiespeicher wissen die Entwickler meistens nicht, wie stark er im Alltagsbetrieb wirklich beansprucht und abgenutzt wird. Das hatten die beiden Münchener Ingenieure Stephan Rohr und Michael Baumann erkannt, als sie vor vier Jahren für ihre Doktorarbeit recherchierten. Die jungen Techniker wollten sich damit nicht abfinden. Sie entwickelten eine Software, die Einblick in das reale Innenleben jeder Batterie erlaubt. So erhält man jederzeit Auskunft über den „Gesundheitszustand“ des Akkus.

Die jungen Ingenieure gründeten das Startup TWAICE und trafen mit der Idee direkt in eine Marktlücke. An ihrem „digitalen Zwilling“ sind heute nicht nur Auto- und Rollerhersteller interessiert. Auch die Produzenten von elektrischen Maschinen und Werkzeugen wollen dringend wissen, wie sich ihre Akkus im Betrieb verhalten. Die innovative Anwendung hilft damit, die Elektromobilität schneller voran zu bringen. Denn sie reduziert die Kosten der Batterien und verlängert ihre Lebensdauer.

Ursprünglich wollten Rohr und Baumann herausfinden, wie man Lithium-Ionen-Akkus vor dem Recycling noch in anderen Bereichen einsetzen könnte. Also dann, wenn sie für die Fahrzeuganwendung nicht mehr leistungsfähig genug sind. Um dieses Second Life zu ermöglichen, muss man jedoch wissen, in welchem Zustand sich ein Akku nach seiner primären Anwendung befindet. Wie also sein Gesundheitszustand ist. „Wir haben dann festgestellt, dass die Hersteller oftmals kaum sagen konnten, wie die Batterien während des Einsatzes belastet werden“, erzählt Baumann. Ob zum Beispiel im kalten Norwegen die Chemie stärker leidet als im milderen Süddeutschland. Das ist zu vermuten, das tatsächliche Alterungsverhalten eines Akkus war aber bislang ein großes Rätsel.

Die verbleibende Restlebensdauer eines Energiespeichers ist jedoch entscheidend für die Rentabilität einer möglichen Zweitanwendung. Erst der digitale Zwilling von TWAICE erlaubt präzise Einblicke in die Batterie. Die Software bietet sogar Vorhersagen in die Zukunft.

Wie lange wird der Speicher noch halten, was ist nötig, um seine Lebensdauer zu verlängern, wieviel Kapazität hat die Batterie überhaupt noch? Solche Fragen lassen sich beantworten, wenn das Programm den laufenden Betrieb überwacht und Schlüsse daraus zieht. „Wir liefern unseren Kunden Transparenz“, erklärt Michael Baumann. Als großes Plus sieht er dabei die Unabhängigkeit von TWAICE: „Wenn ein Batteriehersteller Angaben zu seinem eigenen Produkt liefert, sind die möglicherweise einseitig. Wir hingegen wenden ein neutrales Verfahren an – egal, wer die Batterie gebaut hat.“

Den digitalen Zwilling selbst kann man sich im Wesentlichen als ein modellbasiertes Abbild der eigentlichen Batterie vorstellen. Es wird kontinuierlich mit Messdaten aus deren Betrieb gefüttert. Somit kennt man immer den aktuellen Zustand des Batteriesystems und kann die weitere Alterung voraussagen. Das Wissen hilft in zwei großen Bereichen: Bei der Entwicklung einer Batterie und bei der Überwachung ihres Betriebes.

Um den Gesundheitszustand eines Akkus zu bestimmen, verarbeitet die TWAICE-Software viele Faktoren, die sich auf Lebensdauer und Leistung auswirken. Etwa die Art und Weise, wie die Batterie geladen wird. Schnellladen, noch dazu bei Kälte, verschleißt die Chemie rascher als ein sanfter Ladeprozess. Solche Alterungsfaktoren berücksichtigt das Programm, ebenso wie Wetter- und Geodaten.

Von den TWAICE-Prognosen profitieren zum Beispiel Fuhrparkmanager, die immer öfter auch Elektroautos verwalten. Sie können nun live am Bildschirm den Zustand jeder Autobatterie abrufen und deren Wartung und Nutzung optimieren.

Auch den Einsatz von Fahrzeug-Akkus als Stromspeicher erleichtern die Informationen. Die Einspeisung von überschüssigem Strom ins Netz kann auf diese Weise für Unternehmen mit vielen E-Autos ein lukratives Zusatzgeschäft werden.

Deutlich wird mit Hilfe der Software zum Beispiel, wie stark sich die Batterie im Winterbetrieb abnutzt. Dieses Wissen könnte ein Sharing-Anbieter von Elektrorollern nützen. Er kalkuliert damit vorab, ob die Zweiräder im Winter lieber im Lager bleiben. Sinnvoll wäre das, wenn das in dieser Zeit erwartete Geschäft geringer ausfällt als der vorhergesagte Batterieschaden.

Die TWAICE-Entwicklung nützt indes nicht nur der Elektromobilität. Auch für die immer wichtigeren stationären Stromspeicher ergibt der digitale Zwilling Sinn. „Wird eine solche Batterie nach einiger Zeit auf eine neue Betriebsweise umgestellt, will der Betreiber vorab die Folgen für die Lebenszeit wissen“, sagt Rohr.

Diese neue Transparenz nutzen Firmen zunehmend bereits bei der Konzeption von Batterien. „Ein Entwickler kann zum Beispiel erkennen, wie sich der Einbau eines Kühlsystems auf das Batterieleben auswirken würde. Dann passt er das Design entsprechend an“, erklärt Rohr. Das erspart Entwicklungskosten, denn die Techniker können lange vor Produktionsstart reagieren. Und sie vermeiden einen häufigen Fehler: Akkus werden bislang von den Herstellern oft überdimensioniert, weil ihnen Informationen zu den späteren Abläufen in der Batterie fehlen. „Bis zu 30 Prozent zu groß“, fallen Fahrzeugbatterien deshalb heute aus, ergänzt Stephan Rohr. Der Branche fehlen schlicht genaue Messmethoden, um die passende Dimension für ihre Anwendung zu finden. Angesichts der teuren Batterien kann dieser Fehler leicht 1000 Euro und mehr Kosten pro Wagen ausmachen.

Und auch das Entwicklungstempo von Fahrzeugen und Werkzeugen beschleunigt sich mit Hilfe des digitalen Zwillings. „Bei Batterien und Zellen geht die Entwicklung rasch voran. Da ist es wichtig, bei der Anwendung nicht hinterher zu hinken“, sagen die TWAICE-Gründer.

  • Über TWAICE

    TWAICE unterstützt Unternehmen industrieübergreifend mit prädiktiver Batterie-Analytiksoftware basierend auf digitalen Zwillingen. Wir befähigen unsere Kunden, Batteriesysteme effizienter und nachhaltiger zu entwickeln und einzusetzen sowie deren Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Präzise Vorhersagen des Batteriezustands und der Alterung optimieren die Entwicklung und den Betrieb von Batterien signifikant. Die genaue Bestimmung des Batteriezustands ermöglicht darüber hinaus die Zertifizierung der Batterie für die Wiederverwendung in anderen Anwendungen.
    TWAICE wurde 2018 nach über vier Jahren Forschung als Spin-Off der Technischen Universität München gegründet und hat seinen Hauptsitz in München. Kunden kommen aus verschiedensten Branchen, von Elektrowerkzeugen über Autos bis hin zu stationären Energiespeichern.
    www.twaice.com

Autor: TWAICE
Veröffentlichung: 21. Januar 2019
Ort: München