BatterieSystem für Modularität

Ziel des Projektes „BatterieSystem für Modularität“ (BaSyMo) ist es, ein Batteriesystem zu entwickeln, das sich universell in mobile und stationäre Anwendungen integrieren, nach dem Baukastenprinzip modular erweitern und zwischen unterschiedlichen Anwendungen austauschen lässt. Exemplarisch wird das neuentwickelte Batteriesystem in eine Reinigungsmaschine (RM), ein Flurförderfahrzeug (FFF) und in einen Heimenergiespeicher (HES) integriert und umfangreichen Tests unterzogen. Die Tests umfassen Laufzeit- und Handlingtests sowie die Untersuchung bei Verschaltung von Batteriesystemen mit unterschiedlichen Zuständen wie dem Lade-, Alterungszustand, der Kapazität und der Kombination aus allen drei Zuständen.

Darüber hinaus soll ein marktreifer Standard gestaltet werden, der die Geometrie des Gehäuses (äußere Abmessungen, Aufnahmen etc.) und die Schnittstellen (mechanisch, elektrisch, informationstechnisch etc.) standardisiert. Ausdrücklich von dem Standard ausgeschlossen ist allerdings das Innenleben (Zellchemie, -anzahl, -bauform), um die Weiterentwicklung und den Wettbewerb zu begünstigen.

Batteriemodule für den universellen Einsatz sind grundsätzlich nicht neu, werden jedoch bisher rein herstellerseitig und damit zu sehr auf Einzelinteressen bezogen festgelegt. Die Herausforderungen im Projekt bestehen darin:

• einen Standard zu gestalten, der sowohl bei Batterieherstellern als auch -anwendern auf eine breite Akzeptanz stößt,

• ein Modul zu entwickeln, dass sich universell in unterschiedlichen Anwendungen einsetzen lässt,

• sich nicht auf einen bestimmten Zelltyp festgelegt und damit für zukünftige Technologieentwicklungen offen ist.

Um die Flexibilität und Vielseitigkeit des Moduls sicherzustellen, müssen viele Anforderungen erfüllt werden, die nur über innovative Lösungen bedient werden können. Die folgenden Ziele sollen bei dem neu entwickelten Batteriesystem erreicht werden:

• einheitliche Bauform und Design

• Offenheit für verschiedene Batterietechnologien

• einfache, modulare Verschaltung nach dem Baukastensystem

• schnelle Wechselfähigkeit

• eigensicheres System

• Wirtschaftlichkeit

• geringes Gewicht

• Service und Kundenfreundlichkeit

• Kommunikationsschnittstelle

• Modularität, Sicherheit, Flexibilität

• ergonomische Handhabung

Das Batteriesystem soll derart gestaltet werden, dass es gemäß der Bauraummaße von allen identifizierten Anwendungen eingesetzt und gleichzeitig die wichtigsten zukünftigen Zellformate integriert werden können. Dementsprechend sind Fragen zu beantworten, wie das Handling der Module unter ergonomischen Aspekten und bei Betrachtung unterschiedlicher Nutzergruppen (unterschiedliche demografische und psychografische Nutzerprofile) optimal gestaltet werden kann. Zudem ist eine einheitliche und intuitive Bedienlogik zu erarbeiten, welche sowohl im manuellen wie im automatisierten Betrieb eine konsistente Bedienabfolge gewährleistet.

Um das Zusammenspiel von Batteriesystemen zu ermöglichen, die sich in ihrer inneren Auslegung (Verschaltung, Zellformat, Chemie) oder dem inneren Zustand (Alter, Temperatur, Leistungsfähigkeit, Ladezustand) unterscheiden, wird in jedem Modul eine Leistungselektronik integriert.

Um den Anforderungen im Rahmen des Projekts gerecht zu werden, soll ein innovativer Steckmechanismus erarbeitet werden. Dieser soll ein Strom- und Datennetz aufbauen und eine entsprechende Steck- und Stapelfähigkeit der Module ermöglichen.

Durch einen flexiblen Einsatz der Batterien in unterschiedlichen Anwendungen ist es für den Gerätebetreiber grundsätzlich möglich, die jeweils benötigte Gesamtzahl an erforderlichen Batterien zu verringern. Für Anwendungen, die nicht gleichzeitig betrieben werden, kann man dieselben Batterien benutzen. Das erhöht den Nutzungsgrad der Batterieinvestition und senkt die Hürde der Anschaffungskosten. Darüber hinaus werden das Recycling und die Weiterverwertung der Batterien durch die Standardisierung deutlich erleichtert.

Durch die Entwicklung eines Standards ist es möglich, zertifizierte Batterien von unterschiedlichen Herstellern zu erwerben. Die erforderlichen aufwändigen Sicherheitsprüfungen sind vom Hersteller der Module bereits erfolgt und können in die Anwendung übertragen werden. Zudem wird durch die Intelligenz der Module ein „Scharfschalten“ erst in der Anwendung möglich. Somit werden im Bereich der Handhabung der Module konzeptionell auch sehr hohe Sicherheitsstandards einhaltbar. Die Projektpartner erarbeiten Definitionen und bringen diese in nationale und internationale Arbeitsgremien zur Standardisierung ein. Es soll ein Industriestandard für ein BaSyMo auf nationaler Ebene definiert werden (VDMA-Einheitsblatt).

Schwerpunkt des Projekts ist die Umsetzung der Projektidee und der Ergebnisse des Initialprojekts in einen Prototyp, um die relevanten Ergebnisse in die Erarbeitung eines Standards zurückfließen zu lassen. Hier ist die Zusammenarbeit mit DKE von großer Bedeutung, um den geeigneten Transfer der Erkenntnisse über nationale Arbeitskreise und nationale Anwendungsregeln in internationale Normungsvorhaben einbringen zu können.

Durch die Integration des Moduls in unterschiedliche Anwendungen soll parallel gezeigt werden, dass ein flexibler Einsatz des Batteriemoduls möglich ist.

Standardisierte und kommunizierende Batteriemodule erlauben es, die Mechanismen von virtuellen Kraftwerken einfach umzusetzen. Somit kann aus einem mit dem Internet verbundenen Ladegerät in Kombination mit einer Batterie einfach ein Teil eines virtuellen Speicherkraftwerks werden. Hierzu sollen die notwendigen Schnittstellen implementiert und untersucht werden.

Das Batteriemodul stellt eine Voraussetzung für eine Vielzahl neuer Geschäftsmodelle dar. Genannt sei hier etwa der vereinfachte Einsatz hocheffizienter Batterietechnik für den Anwender, der sich nicht mehr mit einer komplexen Systemstruktur für den sicheren und dauerhaften Betrieb auseinandersetzen muss. Vereinfacht wäre auch das Energiemanagement in Industrieunternehmen. Pufferspeicher könnten mit wesentlich weniger Aufwand erstellt und einsatzbereit gemacht werden. Zudem ist eine Reduzierung der Kosten für die gespeicherte Kilowattstunde elektrischer Energie, bedingt durch den Skalierungseffekt bei der Erschließung neuer Anwendungsfelder, für die weitere Verbreitung des Systems nützlich.

Besonders für die Weiternutzung von Batterien im Sinne des Second-life-Ansatzes ist das angestrebte kompatible Batteriesystem mit integrierten Sicherheitsfunktionen von großer Bedeutung. Solcherart Systeme lassen sich ohne prohibitiv großen Aufwand von Anwendung zu Anwendung bringen. Dies wäre mit fest eingebauten Batterien, wie sie derzeit in Elektrofahrzeugen verwendet werden, nur unter großen Anstrengungen möglich und daher im Ansatz unwirtschaftlich.