Die Akkus sind nicht nur die teuerste Komponente eines Elektrofahrzeugs. Ihre Performance entscheidet auch über Erfolg und Wirtschaftlichkeit der Elektromobilität. Im täglichen Einsatz müssen sie zuverlässig die vom Fahrzeughersteller versprochenen Reichweiten gewährleisten – und dies nicht nur in den ersten Tagen, sondern über Jahre hinweg. Sich dabei allein auf die Angaben des Batterieherstellers zu verlassen, greift allerdings oft zu kurz. Denn die in Katalog und Bedienungsanleitung genannten Kennzahlen zur Leistungsaufnahme und -abgabe sowie zur Zahl der Ladezyklen über die gesamte Lebensdauer hinweg geben lediglich die Ergebnisse standardisierter Messzyklen unter Laborbedingungen wieder. Die tatsächliche Performance des Energiespeichers ist meist eine andere: Wer fährt schon immer unter Laborbedingungen und bewegt sich ausschließlich in den Grenzen vorgegebener Temperaturbereiche, Ladezyklen und Belastungsszenarien? Noch wichtiger für die eMobilisten aber ist: Weichen die Betriebsbedingungen zu oft und zu weit von den Verwendungsempfehlungen des Batterieherstellers ab, geraten die Akkus seines Fahrzeugs schnell in »Stress«. Die Folgen sind ein beschleunigtes Einsetzen der Alterungsprozesse und damit ein frühzeitiges Abnehmen von Leistung und Durchhaltevermögen der elektrischen Kraftpakete.

Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI entwickelten deshalb ein Monitoringsystem, das den Zustand der Batteriesysteme kontinuierlich misst und analysiert. »Erst anhand dieser realen Betriebsdaten können wir die im konkreten Fahrzeugeinsatz auftretenden Stressfaktoren erkennen sowie fahrzeugindividuelle Analysen zum aktuellen Batteriezustand und ihrer Performanceentwicklung erstellen«, sagt Richard Kratzing vom Fraunhofer IVI.

Batterieferndiagnose via Telematik

Als Schnittstelle zum Auslesen der Fahrzeugdaten nutzen die Systementwickler gängige Telematikmodule. Besitzer eines Elektrofahrzeugs, die die Batterieferndiagnose verwenden wollen, benötigen also keine spezielle Hardware. Sie können auf die im Markt verfügbaren und für den Einsatz im Fahrzeug zugelassenen Systeme zurückgreifen. Über deren Funksysteme erhält die Diagnosesoftware der Fraunhofer-Forscher Zugang zum CAN-Bus System des Fahrzeugs. Die Datenanbindung nutzt die Software, um batteriespezifische Daten wie Temperatur der Akkus, Stromfluss und Entladetiefe zu erfassen und in der Cloud in das jeweilige Kundenprofil einzutragen. Anhand spezifischer Modelle zu Stressverhalten und Alterungsprozessen für den jeweiligen Batterietyp bestimmen die Auswertealgorithmen des Diagnosesystems aus den Rohdaten des Fahrzeugs Kenngrößen zu Zustand und Leistung der Fahrzeugakkus. Zusätzlich kann die Diagnosesoftware über die CAN-Bus-Anbindung weitere Fahrzeugdaten wie Gaspedalstellung, gefahrene Geschwindigkeiten und Energieverbrauch von Nebenverbrauchern auslesen. »Solch ein erweitertes Monitoring der realen Fahrzeugdaten ermöglicht neben der Diagnose des Batteriezustandes auch detaillierte Analysen des Einflusses der Fahrweise und der individuellen Einsatzbedingungen des Fahrzeugs auf die Akku-Performance«, so Kratzing.

Nutzer des Onlineservices können sich jederzeit auf der Webseite in ihr Kundenkonto einloggen und sich auf einem Dash-Board über die Ergebnisse der Batteriediagnose ihres Fahrzeugs informieren. Visuell aufbereitet sehen sie dann unter anderem Daten zur Beanspruchung der Batterien über die Zeit oder sie erfahren, wann die Temperatur der Akkus kritische Werte erreicht hat. »Aus den Analyseergebnissen können wir auch konkrete Empfehlungen ableiten, wie der Fahrzeugeigentümer Stresssituationen für seine Batterien im täglichen Einsatz gezielt verringern kann«, erklärt Kratzing. Dazu zählen einfache Tipps wie beispielsweise den Abstellort des Fahrzeugs zu ändern, um ein Aufheizen in der Sonne zu vermeiden. Oder aber auch komplexere Hinweise, wie beispielweise die Einsatzrouten anzupassen, um die Lade- und Entladeprozesse batterieschonender zu gestalten. Flottenbetreiber profitieren von derlei Informationen zusätzlich. Sie können anhand der kontinuierlichen Batteriediagnose nun besser einschätzen, welche individuelle Leistung und Reichweite jedes ihrer Elektrofahrzeuge aktuell noch besitzt. Fahrzeuge, bei denen sich der Alterungsprozess der Batterien bereits nachteilig auswirkt, lassen sich dann gezielt für kürzere Touren einplanen.

Mehrwert nicht nur für die Fahrzeugbesitzer

Den Batteriezustand kontinuierlich zu monitoren, bietet nicht nur für den Flottenbetreiber oder einzelne Fahrzeugbesitzer einen Vorteil. Der Diagnosedienst kann insbesondere auch Leasinggebern, Risikoversicherern sowie den Fahrzeug- und Batteriesystementwicklern wichtige Erkenntnisse liefern. Zum Beispiel wenn es darum geht, den Wert für gebrauchte Elektrofahrzeuge zu bestimmen. Oder um die Risiken und Prämien für Versicherungen und Garantien zu kalkulieren. Den Herstellern der Akkusysteme ermöglichen die Auswertungen der Felddaten zudem Erfahrungen aus dem Alltagsbetrieb ihrer Systeme zu sammeln und für konkrete Verbesserungen etwa des Batteriemanagements zu nutzen.
Mittlerweile hat das System Marktreife erreicht und wird kommerziell angeboten. Produktivbetrieb, Vermarktung und Weiterentwickelung übernimmt die volytica diagnostics GmbH, ein von Fraunhofer IVI eigens dafür gegründetes Spin-off.

(mab)