Die Elektrifizierung industrieller Anwendungen schreitet voran – von AGVs bis hin zu spezialisierten Produktionslinien. Welche technischen Herausforderungen dabei zu meistern sind und warum maßgeschneiderte Battery Packs oft die bessere Lösung als Standardprodukte darstellen, erklärt Rolf Pechloff, Produktmanager Batteriepacks bei Diehl Energy Products im Interview.
Das Interview führte Alexander Gölz, Chefredakteur Batterie-produktion.de
Was zeichnet ein modernes Battery Pack technisch aus? Worauf kommt es bei den Anforderungen besonders an?
Zunächst einmal muss ein Battery Pack die Minimalanforderungen gesetzlicher Vorgaben erfüllen, das heißt die EU-Batterieverordnung. Das bringt organisatorisch einiges mit sich. In puncto Qualität gibt es den UN-Transporttest, der entsprechende Vorgaben macht. Das muss jedes Pack erfüllen.
Ansonsten kauft normalerweise jeder Pack-Hersteller die Zellen zu. Hier gibt es Unterschiede in der Qualität und Leistung der Zellen. Die Auswahl der Zellen ist ein entscheidender Punkt. Man kann billige oder hochqualitative Zellen nehmen – das hängt immer von den Anforderungen ab. Benötigt der Kunde eine hohe Kapazität, eine hohe Zyklenfestigkeit oder hohe Ströme? Diese Eigenschaften schließen sich in der Zelle oft gegenseitig aus. Ich muss immer einen Kompromiss finden und mir die Frage stellen: Was ist dem Kunden wirklich wichtig?
Wie gehen Sie bei der Zellenauswahl vor?
Wir haben den Vorteil, dass wir nicht an bestimmte Zellhersteller gebunden sind, sondern aus dem gesamten Marktangebot auswählen können. Wir haben einen guten Überblick über das Marktangebot und verwenden in der Regel Standardzellen von namhaften Zellherstellern. In Sonderfällen besteht auch die Möglichkeit, dass wir Zellen nach unseren Spezifikationen herstellen lassen – quasi als Sonderanfertigung mit bestimmten Parametern, die es sonst auf dem Markt nicht gibt.
Die größten Unterschiede zwischen den Packs liegen jedoch in der Elektronik. Hier hat jeder Pack-Hersteller seine eigene Elektronik, die mehr oder weniger ausgereift ist. Wir haben eine sehr ausgefeilte Elektronik mit fast allen Möglichkeiten – inklusive einer Vorladeeinheit zur Vermeidung hoher Stromspitzen, externer Shunts für sehr hohe Ströme, verschiedenster Kommunikationsmöglichkeiten und Fernwartung mit direktem BMS-Zugriff.
Sie sprechen kundenspezifische Anpassungen an?
Genau. Wir haben die Möglichkeit, nicht nur Parameter, sondern auch die Programmierung kundenspezifisch anzupassen. Das ist echte Programmierung und nicht nur das Verschieben von Parametern. Oft konnten wir kundenseitige Probleme durch eine Anpassung der Batterie-Programmierung lösen.
Wie hat sich der Markt für Batteriepacks verändert?
Er hat sich sehr stark auf Automotive-Zellen konzentriert. Viele Zellhersteller haben ihr Portfolio konsolidiert und ausgedünnt, denn der Automotive-Markt ist die treibende Kraft. Die dort verwendeten Zellen sind aber in vielen Battery Packs nicht einsetzbar, da sie beispielsweise zu groß sind. Automotive verwendet teilweise große Blöcke, die sich in handgehaltenen Systemen oder auch AGVs nicht mehr unterbringen lassen.
Deshalb konzentrieren wir uns im Wesentlichen auf kleinere Zellen. Mit kleineren Zellen hat man mehr Freiheitsgrade, auch was den verfügbaren Platz betrifft. Den kann ich besser ausnutzen, wenn der Platz schon vorgegeben ist.
Welche besonderen Anforderungen stellen industrielle Kunden an Battery Packs?
Die Anforderungen sind sehr unterschiedlich und hängen stark von der jeweiligen Anwendung ab. Oft wissen Kunden gar nicht, was sie wirklich brauchen. Deshalb bieten wir entsprechende Beratung an und erarbeiten gemeinsam mit dem Kunden, was er benötigt, um das für ihn passende Produkt zu realisieren.
Da wir kein Massenprodukt herstellen, sondern sehr stark projektbezogen arbeiten, ist diese Beratungsleistung selbstverständlich Teil unseres Angebots.
Welche Einsatzbereiche bedienen Sie im industriellen Umfeld?
Wir bedienen den Nischenmarkt der AGV. Hier sind im Wesentlichen zwei Szenarien zu unterscheiden: Zum einen gibt es AGVs für den Materialtransport im Flottenbetrieb, bei dem Material von A nach B transportiert wird. Dies ist abhängig von der Fahrtroute, dem Gewicht und der Fahrgeschwindigkeit.
Das andere Szenario sind AGVs in der Produktion im Linienbetrieb mit immer gleichem Einsatzszenario. Die AGVs laufen in einem Kreislauf und führen an verschiedenen Stellen bestimmte Tätigkeiten aus.
Können Sie ein konkretes Beispiel nennen?
Bei einem Fahrzeughersteller in München gibt es eine Linie, in der das Frontend, also die Stoßstange, gebaut wird. Dort sind 34 Fahrzeuge im Einsatz, die von Station zu Station fahren. Zunächst wird das Kunststoffteil angehängt, anschließend werden Blinker, Sensoren, Scheinwerfer, Steuergeräte und Verkabelung hinzugefügt. Am Schluss wird die fertige Stoßstange getestet und an das Hauptband übergeben – zum richtigen Zeitpunkt kommt das richtige Fahrzeug in der richtigen Farbe an.
Für diese Anwendung galt folgende Anforderung: Ein Kreislauf dauert 45 Minuten, wir haben 5 Minuten Zeit zum Laden. Wir haben die Batterie bewusst überdimensioniert, um mit sehr hohen Ladeströmen arbeiten zu können. Wir haben berechnet, wie viel Energie in den fünf Minuten hinein muss , um 45 Minuten fahren zu können, und haben die Stromverteilung entsprechend auf die Zellen ausgelegt. Diese Batterie fahren wir im Bereich zwischen 60 und 80 Prozent SOC – da fühlt sie sich wohl und hat ein langes Zyklenleben.
Wie entwickeln sich Kapazitätsdichte und Ladezeiten bei industriellen Anwendungen?
Der Hype um „schneller, höher, weiter“, wie er im Automotive-Bereich zu beobachten ist, ist im industriellen Bereich nicht so ausgeprägt. Bei Standardbatterien ist der Preis meist das einzige Unterscheidungsmerkmal. Bei projektbezogenen Entwicklungen sind es viele Parameter und die Kapazitätsdichte ist nur einer davon.
Wenn ich genügend Platz habe, spielt die Kapazitätsdichte keine Rolle. Wenn ich Zeit zum Laden habe, ist das auch kein Thema. Man muss die Batterie dann halt entsprechend größer machen, dann kann man auch schneller laden – mit der Einbuße, dass man nicht von 0 auf 100 Prozent lädt, sondern beispielsweise von 60 auf 80 Prozent.
Welche Rolle spielt Nachhaltigkeit bei der Entwicklung Ihrer Battery Packs?
Die Recyclingfähigkeit ist schon mit eingerechnet. Für viele unserer Packs können wir auch Reparaturen vornehmen, wenn auch nicht für alle. So müssen wir nicht unbedingt ein neues Pack herstellen. Das hängt auch davon ab, was passiert ist. Bei tiefentladenen Zellen mit möglicher Schädigung führen wir keine Reparaturen mehr durch, da das Risiko zu groß ist.
Zwar sichern wir durch unser Batteriemanagementsystem die Batterie und schalten vor der Tiefentladung ab, aber wenn anschließend nicht aufgeladen wird, hilft das beste BMS nichts. Es ist wie bei einem Handy, das zwei Jahre in der Schublade liegt – dann ist es tiefentladen.
Kommt so etwas in der Praxis vor?
Das kommt vor. Manchmal wird ein AGV ausgeschleust und in die Ecke gestellt, weil etwas in der Mechanik nicht funktioniert. Wenn man dann vergisst, das AGV auszuschalten, wird die Batterie leergezogen. Die Batterie schaltet sich irgendwann selbst aus und das Fahrzeug steht dann noch vier Wochen. Dann haben wir das Problem. Das ist nicht der Regelfall, aber es kommt vor.
Wie unterscheiden sich die Anforderungen zwischen Defense- und Industriebereich?
Im Defense-Bereich haben wir in der Regel festgelegte, sehr detaillierte Spezifikationen. Das haben wir im industriellen Bereich so nicht. Dort erarbeiten wir gemeinsam mit dem Kunden die Spezifikation und legen daraufhin die Batterie aus. Wir arbeiten heraus, was für den Kunden wichtig ist, was verträglich ist und worauf er keinen Wert legt, um das Bestmögliche für sein Projekt zu realisieren.
Wann wird es problematisch?
Das Schlimmste ist, wenn ein Entwickler anruft, der drei Jahre an einem Gerät entwickelt hat und jetzt einen vorgegebenen Platz hat – so lang, so hoch, so breit – und da muss eine bestimmte Energie hinein. Das ist problematisch, weil er sich sicher nicht an gängige Zellgrößen gehalten hat und nicht abgestimmt hat, dass noch Elektronik hinein muss.
Wenn wir von vornherein dabei sind, können wir am besten mitspielen. Kommen wir erst ganz zum Schluss dazu, wird es für alle schwierig. Dann entstehen Lösungen, die nicht optimal sind und beispielsweise Spezialzellen erfordern – das wird dann auch teurer.
Wie schaffen Sie die Trennung zwischen Defense- und zivilen Anwendungen?
Wir haben eine strikte Trennung zwischen Defense-Batterien und Battery Packs. Wir haben eigene Entwickler, die nur für Battery Packs zuständig sind, und andere für die anderen Bereiche. Know-how kann aus allen Bereichen einfließen. Das sehe ich als klaren Technologievorsprung. Eine Überschneidung ist aber nicht zwingend.
Es kommt vor, dass Kunden aus dem militärischen Bereich etwas mit einer Thermalbatterie machen wollen. Dann hören wir uns an, was der Kunde will, und können sagen: „Das geht mit einer Thermalbatterie, aber das können Sie sich für Ihre Anwendung nicht leisten – wir schlagen ein Battery Pack vor.”
Welche strategischen Ziele verfolgen Sie bei industriellen Speicherlösungen?
Wir sehen den Bereich AGV als Energiespeicherlösung und fokussieren uns nicht auf die Standard-, sondern auf die kundenspezifische Lösung. Dank unseres Baukastensystems können wir modulare, attraktive Lösungen anbieten, die für den Kunden sinnvoll sind.
Stationäre Speicher sind nicht unser Thema, da dies stark in Richtung Standardisierung geht und nicht unserem projektbezogenen Ansatz mit kundenspezifischen Lösungen entspricht. Das können andere besser.
Wie wichtig ist der deutsche Standort im Wettbewerb mit asiatischen Herstellern?
Wir entwickeln und fertigen ausschließlich an unserem Standort in Röthenbach bei Nürnberg. Hier sehen wir den klaren Vorteil der Kundennähe: Wir können schnell reagieren und Lösungen bei Problemen bieten. In unserem Segment haben wir gegenüber asiatischen Herstellern den Vorteil, dass wir keine Standardlösungen anbieten, sondern kundenspezifische Lösungen. Dadurch kommen wir uns nicht ins Gehege – es ist ein Wettbewerb, der nicht wirklich stattfindet.
