Lang lebe die Batterie!

    Strecke machen mit Marquardt: Innovatives System bringt E-Motoren auf Touren

    Die Batterie ist das Herz des Elektroautos – und zugleich eine Achillesferse. Denn was nützt der stärkste Lithium-Ionen-Akku, wenn er bei Hitze, Kälte oder hoher Belastung versagt oder sogar geschädigt wird? Die Angst vor mangelnder Reichweite ist für viele Autokäufer das Hauptargument gegen das E-Auto. Wer Kunden überzeugen will, muss Antworten liefern. So wie Marquardt: Mit neuen Batteriemanagementsystemen hat der Mechatronik-Experte eine Schlüsseltechnologie für die E-Mobilität entwickelt.

    Elektromobilität ist eines der großen Zukunftsthemen. Klimaschutzziele und politische Vorgaben an die Automobilhersteller treiben die Entwicklung an. Ab 2021 drohen bei Überschreitung der EU-Vorgaben zum CO2-Flottenausstoß Strafzahlungen. Nach dem Willen der Bundesregierung sollten ab 2021 eine Million E-Autos auf deutschen Straßen unterwegs sein. Die Realität ist davon noch weit entfernt, wie der aktuelle McKinsey Electric Vehicle Index (EVI 2018) zeigt. Die Unternehmensberatung untersucht regelmäßig die Entwicklung der E-Mobilität in den fünfzehn wichtigsten Industrieländern. Demnach wurden 2017 in Deutschland 58.000 neue E-Autos zugelassen, doppelt so viele wie im Vorjahr.

    Ganz anders die Dimensionen auf dem asiatischen Markt, allen voran in China: Mit einem Zuwachs von mehr als 70 Prozent und über 600.000 verkauften Elektroautos wurde 2017 fast jedes zweite E-Auto auf der Welt im Reich der Mitte auf die Straße gebracht. Auch in der Produktion haben die Chinesen mit 41 Prozent Weltmarktanteil die Wettbewerber im Markt weit hinter sich gelassen, es folgen Japan mit 19 Prozent und Deutschland mit 18 Prozent. Global übersprangen die Neuzulassungen mit 1,2 Mio. Fahrzeugen erstmals die Millionen-grenze. Noch ist das nur ein kleiner Schritt und doch sind es Zahlen, die das Schlagwort vom „Megatrend E-Mobilität“ geprägt haben.

    Durch eine klare Fokussierung sind wir heute der Spezialist für das Batteriemanagementsystem. Diese Position werden wir mit innovativen Lösungen weiter ausbauen.

    Wolfgang Häussler Produktmanager Innovations

    Der Kampf um die Marktanteile ist längst eröffnet. Entsprechend hoch ist der Bedarf an neuen Technologien, die bisherige Schwachstellen beseitigen, vor allem bei der Batterie – Stichwort Reichweitenangst. Wolfgang Häussler, Produktmanager bei Marquardt Innovations, spürt den Nachfrageschub in seiner täglichen Arbeit: „Wir können uns kaum retten vor Anfragen. Innerhalb kürzester Zeit ist der Umsatz unserer Batteriemanagementsysteme exponentiell gestiegen.“ Dieses System verbessert die Langlebigkeit von Batterien erheblich, nicht nur in Autos, sondern auch bei Booten, Wohnmobilen, Elektrowerkzeugen oder Gartengeräten.

    Dass Marquardt im Batterie-Bereich zu einem so gefragten Partner geworden ist, war zunächst kein Automatismus. Vor rund zehn Jahren habe man sich Gedanken darüber gemacht, was man beim Thema E-Mobilität tun könnte, so Häussler. Von vielen Automotive-Kunden sei die klare Rückmeldung gekommen: ‚Wir brauchen dringend einen Zulieferer, der so verlässliche und sichere Systeme baut, wie wir das von Euren Fahrberechtigungssystemen kennen.‘ „Für uns war das der Startschuss, denn hier war genau das gefragt, was unsere Kompetenz ausmacht: sichere Elektronik, solide Schaltkomponenten und intelligente Module, die in einem Fahrzeug zuverlässig kommunizieren.“ Ein neues Geschäftsfeld war geboren.

    Doch was einfach klingt, ist in Wirklichkeit weitaus komplizierter. Der Trend zur E-Mobilität ist erst möglich geworden durch die Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Batterien. Das hat nur einen Haken: Sie reagieren empfindlich auf Tiefentladung, Überladung und Temperaturspitzen. Eine permanente Beobachtung der Batterie ist daher notwendig. Marquardt hat ein Batteriemanagementsystem (BMS) entwickelt, das kontinuierlich den Zustand der Batterie analysiert. Ist Kondenswasser im Batterietrog? Droht eine Überhitzung? Wie hoch ist der Füllstand und wie weit kommt das Fahrzeug damit auf welcher Strecke?

    Intelligente Fahrsysteme verbinden die verlässlichen Aussagen des BMS mit den Daten des Navigationsgeräts. Sind Berge zu überwinden, ist die Strecke kurvig oder drohen Staus, die den Energiebedarf beeinflussen? Fehler identifiziert das BMS per On-Board-Diagnose (OBD) und meldet den „Befund“ an das Steuergerät des Fahrzeugs. Damit schafft Marquardt auch die Voraussetzung für ein Connected Monitoring, bei dem die Daten direkt an die Werkstatt gesendet werden.

    Das BMS basiert auf drei Komponenten: 
    Ein Sensorsystem hat immer das „Ohr“ an der Batterie. Es misst die Spannung, die Temperatur, die Ströme und deren Fließrichtung in den Zellen. Das „Gehirn“ des Systems ist das Steuergerät, das alle Messdaten bekommt, daraus die wichtigsten Informationen errechnet und Anweisung gibt, was zu tun ist: laden, runterkühlen oder ausbalancieren. Letzteres ist eine der zentralen Aufgaben des Systems. Denn Batterien bestehen aus Hunderten von Zellen, die im Kollektiv arbeiten. Sie können nicht einzeln, sondern nur gemeinsam entladen und aufgeladen werden. Es kann aber sein, dass sich die eine Zelle zu 100 Prozent auflädt und ihre Nachbarin nur zu 95 Prozent. Dann ist ein sogenanntes Balancing erforderlich. Das BMS überwacht jede einzelne Zelle, um einen dauerhaft optimierten Betriebszustand zu erreichen, was die Batterie wesentlich langlebiger macht. 

    Das „Muskelpaket“ des Systems ist schließlich die Schalteinheit, die die Energie über Kupferschienen an die verschiedenen Verbraucher verteilt und absichert. Diese Verteilerbox ist auch dafür zuständig, die Batterie im Notfall abzuschalten, immerhin kann eine Autobatterie 400, in Lastwagen sogar bis zu 800 Volt haben. Je mehr Energiedichte ein Akku hat, desto höher die Leistung, aber auch das Gefahrenpotenzial. Damit steigt die Brand- und Explosionsgefahr bei einem Unfall. Umso essentieller ist es, dass die Sicherheitsvorkehrungen fehlerfrei funktionieren.

    2015 ging das erste BMS aus Rietheim bei verschiedenen Fahrzeugherstellern des Premiumsegments in Serie, seitdem steigen die Bestellungen stetig an. Wolfgang Häussler sieht neben der langjährigen Erfahrung eine Stärke in der strategischen Fokussierung von Marquardt: „Viele Marktteilnehmer bieten im Bereich E-Mobility einen Gemischtwarenladen an. Durch eine klare Fokussierung sind wir heute der Spezialist für das BMS. Diese Position werden wir mit innovativen Lösungen weiter ausbauen.“ Vorentwicklungsprojekte für das nächste technologische Level sind bereits in Arbeit. Mittlerweile wünschen sich viele Kunden, dass Marquardt auch Komplettbatterien baut. Perspektivisch ist das durchaus möglich und der Bedarf ist auch jenseits von Automotive riesig: Immer mehr Geräte werden mit Akkus betrieben, von E-Rollern über Laubbläser, Motorboote und Reinigungsgeräte bis hin zum Exoskelett.

    „Ein einheitlicher Standard für alle Batterien und BMS wäre ein echter Durchbruch, um andere Industrien voranzubringen.“
    Wolfgang Häussler, Produktmanager Innovations

    Notwendig ist daher ein einheitlicher Standard, der für alle Batterien und BMS gilt. Der Verband der Elektroindustrie (VDE) hat das erkannt und ein Normungsgremium gebildet, in dem auch Marquardt mitarbeitet. Produktmanager Häussler sieht in der Vereinheitlichung großes Potenzial: „Das wäre ein echter Durchbruch, um andere Industrien voranzubringen.“ Wohin auch immer die Reise im Elektrozeitalter geht – Marquardt hat sich schon auf den Weg gemacht.

    Kontakt

    Marquardt GmbH
    Schloss-Straße 16
    78604 Rietheim-Weilheim
    Deutschland

    Telefon +49 74 24 / 99-0
    Telefax +49 74 24 / 99-23 99