Die Elektrifizierung aller Bereiche beginnt mit Vertrauen: Batteriemanagement, Systemkomplexität und der Wettlauf um den Ausbau der Elektrifizierung. Die nächste Energiewende ist bereits in vollem Gange.
Georg-Friedrich Graf, Geschäftsführer, Munich Electrification
Die Elektrifizierung ist kein branchenbegrenzter Wandel. Was in der Automobilindustrie begann, breitet sich nun auf die Bereiche „ Energiesysteme “, Infrastruktur und industrielle Anwendungen aus. In dem Maße, wie sich dieser Wandel beschleunigt, gewinnt eine Komponente zunehmend an Bedeutung für Leistung, Sicherheit und Skalierbarkeit: das Batteriemanagementsystem (BMS).
Um zu untersuchen, wie sich dieser Bereich weiterentwickelt, sprachen wir mit Georg-Friedrich Graf, dem Geschäftsführer von Munich Electrification, einem in Deutschland ansässigen Unternehmen, das sich auf Batteriemanagementsysteme sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für stationäre Energiespeichersysteme spezialisiert hat. Munich Electrification verfügt über fundiertes Fachwissen im Bereich der BMS-Entwicklung und bietet wertvolle Einblicke in die Entwicklung der Elektrifizierung unter Branchen.
Das Ergebnis ist eindeutig: Die Elektrifizierung schreitet voran, doch ihre Ausweitung bringt eine neue Dimension der Komplexität mit sich.
Im Mittelpunkt dieser Herausforderung steht das Vertrauen.
Von Innovationen in der Automobilbranche bis hin zu Energiesystemen
Die Innovationen im Bereich der Batterietechnik wurden in den letzten zehn Jahren maßgeblich von der Automobil Branche vorangetrieben. Investitionen in Elektrofahrzeuge beschleunigten die Fortschritte bei der Zellchemie, der Produktionsskalierung und der Systemintegration. Infolgedessen sanken die Batteriekosten erheblich, was einen breiteren Einsatz in verschiedenen Branchen ermöglichte.
Diese Stiftung treibt nun das rasante Wachstum im Bereich der stationären Energiespeicherung voran.
„Früher diente die Speicherung eher als Backup-Lösung“, sagt Graf. „Heute bauen wir Systeme, die aktiv am Stromnetz mitwirken.“
In Märkten mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien werden Batterien zunehmend eingesetzt, um Angebot und Nachfrage auszugleichen. Die tagsüber erzeugte Solarenergie kann gespeichert und abends wieder eingespeist werden, wodurch die Abhängigkeit von Spitzenkraftwerken verringert und die Netzstabilität verbessert wird.
Dies markiert einen Wandel von passiven zu aktiven Energiesystemen. Batterien dienen nicht mehr nur als unterstützende Infrastruktur, sondern sind operative Komponenten innerhalb des Stromnetzes.
Wenn Batterieintelligenz zu wirtschaftlichem Wert wird
Da Batterien zunehmend eine umsatzgenerierende Rolle übernehmen, steigen die Erwartungen an Batteriemanagementsysteme.
In Automobilanwendungen wirken sich Schätzfehler beim Ladezustand oder beim Gesundheitszustand auf die Reichweite und das Nutzererlebnis aus. Bei stationären Speichersystemen beeinflussen dieselben Fehler direkt, wie viel Energie abgegeben und monetarisiert werden kann.
„Wenn man mit einem Lkw unterwegs ist und sich bei der Schätzung geirrt hat, fährt man vielleicht ein paar Meilen weniger“, erklärt Graf. „Bei Speichersystemen ist jede Kilowattstunde, die man verkaufen kann, bares Geld.“
Dieser Wandel verändert die Definition von Leistung. Genauigkeit ist nicht mehr nur ein Komfortkriterium, sondern ein wirtschaftlicher Faktor.
Daher strebt die Branche Verbesserungen in folgenden Bereichen an:
- Ladezustand (SoC), Zustand (SoH) und Leistungsschätzung
- Messgenauigkeit und Sensortechniken
- Zellenausgleich und Optimierung auf Systemebene
Dies führt zu einer stärkeren Integration zwischen hardware und software und erhöht die Bedeutung eines Verständnisses des Batterieverhaltens auf Systemebene.
Bei der stationären Speicherung ist jede Kilowattstunde, die Sie verkaufen können, bares Geld.
Architektur entwickelt sich durch systemorientiertes Denken weiter
Mit zunehmender Verbreitung elektrifizierter Systeme entwickelt sich auch deren Architektur weiter.
Herkömmliche BMS-Konstruktionen basieren auf dezentraler Intelligenz innerhalb jedes einzelnen Batteriepacks. gewinnen zunehmend an Bedeutung -Systeme entwickeln sich zunehmend in Richtung hybrider Architekturen, die lokale Steuerung mit zentraler Intelligenz in Einklang bringen.
„Die Sicherheit muss in der Batterie liegen“, sagt Graf. „Die Batterie muss sicher sein, egal ob sie angeschlossen ist oder nicht.“
Die zentralen Schutz- und Sicherheitsfunktionen verbleiben auf dem „ Vorteil “. Auch die Sicherheit wird zunehmend lokal geregelt, wodurch die Systemintegrität unabhängig von externen Abhängigkeiten gewährleistet wird.
Gleichzeitig werden übergeordnete Funktionen zentralisiert. Dazu gehören:
- Zustandsschätzung und Diagnose
- Datenverarbeitung und -analyse
- Koordination auf Systemebene
Dieser Wandel spiegelt einen allgemeinen Trend hin zu „ software “-basierten Systemen wider, bei denen die Funktionalität von den physischen Komponenten entkoppelt und auf Systemebene verwaltet wird.
Die Herausforderung besteht nicht darin, ein einziges System aufzubauen, sondern darin, viele Systeme effizient aufzubauen.
Der eigentliche Engpass: Variabilität in großem Maßstab
Eine der größten Herausforderungen bei der Elektrifizierung ist nicht eine bestimmte Technologie, sondern die Vielfalt der Systeme.
Unterschiedliche Anwendungsbereiche erfordern unterschiedliche Spannungspegel, Leistungsprofile, Kommunikationsprotokolle und Konfigurationen. Selbst innerhalb einer einzigen Plattform kann es mehrere Batterievarianten geben.
Diese Variabilität führt zu Komplexität über den gesamten Entwicklungslebenszyklus hinweg.
Betroffen sind:
- Systemdesign und -integration
- Software Architektur und Konfiguration
- Validierungs- und „ Tests “-Strategien
Die Herausforderung besteht nicht darin, einmalig ein leistungsstarkes System zu entwickeln. Vielmehr geht es darum, zahlreiche Varianten dieses Systems effizient zu entwickeln, ohne dabei Abstriche bei der Sicherheit oder der Leistung zu machen.
Um dieses Problem anzugehen, sind strukturierte Ansätze erforderlich:
- Plattformbasiertes Design von „ hardware “
- Modulare und mehrschichtige Architektur von „ software “
- Klare Trennung zwischen wiederverwendbaren Komponenten und anwendungsspezifischer Logik
Hier kommt dem systemorientierten Denken eine entscheidende Rolle zu. Die Leistung wird nicht mehr durch einzelne Komponenten bestimmt, sondern davon, wie diese unter realen Betriebsbedingungen zusammenwirken.
Tests wird zur Grundlage des Vertrauens
Mit zunehmender Komplexität der Systeme wird die Validierung zu einer zentralen Herausforderung.
„Ohne eine ordnungsgemäße „ Tests “ können wir die Sicherheit eines Batteriesystems nicht gewährleisten“, sagt Graf. „Für uns ist die „ hardware-in-the-loop“- Tests von grundlegender Bedeutung.“
In der Automobilindustrie erfolgt die Validierung nach strukturierten Prozessen. Die Systeme werden in festgelegten Phasen getestet und im realen Betrieb validiert, bevor sie in die Serienproduktion gehen.
Bei stationären Energiespeichern sieht die Situation grundlegend anders aus.
Großanlagen, deren Leistung oft im Gigawattstundenbereich liegt, lassen sich in Laborumgebungen nicht vollständig nachbilden. Der erste Betrieb einer Anlage im Vollmaßstab findet möglicherweise erst während der Inbetriebnahme am Standort „ Kund:innen “ statt.
„Man sieht das gesamte System erst, wenn es installiert ist“, erklärt Graf. „Deshalb muss alles, was man davor tut, auf soliden Füßen stehen. Es kann sich so anfühlen, als würde man den ersten Lkw auf dem Gelände von ‚ Kund:innen ‘ bauen.“
Dadurch verschiebt sich der Schwerpunkt, wo Vertrauen aufgebaut werden muss.
Die Validierung muss früher erfolgen, wobei eine Kombination aus folgenden Maßnahmen zum Einsatz kommen muss:
- Modellbasierte Simulation (SIL)
- Hardware„In-the-Loop“- Tests s (HIL)
- Validierung skalierter Systeme
HIL spielt eine entscheidende Rolle als Integrationsschicht zwischen der Software „ software “ und den physikalischen Systemen. Es ermöglicht „ Ingenieur:innen “, Regelungsstrategien, Systeminteraktionen und „ Vorteil “-Szenarien in einer kontrollierten Umgebung zu validieren.
Da elektrifizierte Systeme immer stärker miteinander vernetzt sind, ist HIL nicht mehr nur ein Werkzeug zur „ Tests “. Es ist eine Kernkompetenz für die Systemintegration und die Risikominderung.
Sicherheit und Schutz verschmelzen
Batteriesysteme werden zunehmend in kritische Infrastrukturen integriert.
„Sicherheit war schon immer der Grundpfeiler“, sagt Graf. „Nun kommt noch die Sicherheit hinzu.“
Dazu gehören:
- Sichere Kommunikation zwischen Komponenten
- Schutz vor unbefugtem Zugriff
- Gewährleistung der Integrität von „ software “
Diese Anforderungen sind besonders wichtig bei netzgekoppelten Anlagen, bei denen die Zuverlässigkeit über die einzelnen Anlagen hinaus bis zur Stabilität des gesamten Netzes reicht.
Kompetenzaufbau in einem komplexen Ökosystem
Munich Electrification hat sich durch seine intensive Konzentration auf Batteriemanagementsysteme eine feste Position erarbeitet.
Das Unternehmen vereint das Fachwissen aus den Bereichen „ hardware “, „ software “ und „ Tests “ in einem spezialisierten und internationalen Team. Dadurch ist es in der Lage, den immer komplexer werdenden Systemanforderungen branchenübergreifend gerecht zu werden.
„Wir konzentrieren uns auf eine Sache und gehen dabei sehr tief ins Detail“, sagt Graf.
Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung wird ein solches Maß an Spezialisierung immer unverzichtbarer.
Der Ausbau der Elektrifizierung erfordert Vertrauen in das System
Die Elektrifizierung wird weiter voranschreiten. Die Frage ist nicht mehr, ob sie stattfinden wird, sondern wie zuverlässig und wie schnell sie ausgebaut werden kann.
Im Mittelpunkt dieser Herausforderung steht die Fähigkeit, komplexe Systeme zu validieren, bevor sie physisch existieren.
Batteriemanagementsysteme sind nicht nur ein Teil dieses Ganzen. Sie gehören zu den Systemen, die darüber entscheiden, ob die Elektrifizierung in großem Maßstab gelingt.
Ohne die Gewissheit, wie sich Systeme unter realen Bedingungen verhalten, wird die Skalierung zu einem Risiko.
Damit wird die Elektrifizierung möglich.
Erhalten Sie unter www.munichelectrification.com tiefere Einblicke in die BMS-Technologie.
