Digitaler Pass für Batterien

Je mehr Elektroautos es weltweit gibt, desto mehr Lithium-Ionen-Batterien werden benötigt. Laut einer Prognose der Internationalen Energieagentur (IEA) sollen 2030 mehr als 200 Millionen Elektroautos unterwegs sein. Die Batterien hierfür herzustellen und einzusetzen ist eine große Herausforderung für die Automobilindustrie. „Vor allem im Hinblick auf die Verwendung von recycelten Materialien bei der Herstellung neuer Batterien und die Überwachung der Leistung von Batterien in Betrieb, um Möglichkeiten für eine zirkuläre Weiterverwendung nach der Nutzung im Fahrzeug zu schaffen“, sagt Richard Felton, Automotive-Manager beim Cloud-Spezialisten Amazon Web Services.

Auf Ebene der Regularien ist da etwa die EU-Batterierichtlinie 2006/66/EC, nach der die Hersteller von Akkus verpflichtet sind, diese zurückzunehmen – und für alle Kosten des Sammel-, Aufbereitungs- und Recyclingsystems aufzukommen. 2025 tritt zudem eine Erweiterung in Kraft, nach der die Verwertungsquoten für Kobalt, Nickel und Kupfer auf 90 Prozent und im Jahr 2030 auf 95 Prozent steigen sollen. Derzeit liegt diese Quote bei nur 50 Prozent.

Gleichzeitig macht die weltweite Verknappung dieser Rohstoffe es für die Hersteller zu einer wirtschaftlichen Notwendigkeit, so viele Elemente wie möglich aus einer Elektroauto-Batterie zurückzugewinnen und wiederzuverwenden.

„Es macht total Sinn, eine digitale Kreislaufwirtschaft nicht nur ums Auto, sondern auch um die Batterien zu bauen, weil die Autobauer so die Herstellungs- und Recyclingkosten der Batterien kontrollieren und die finanziellen Risiken unsicherer Rohstoffpreise mindern können“, sagt Amazon-Experte Felton.

Über Cloud-Dienste und -Lösungen von beispielsweise AWS für künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) könne man laut Felton genaueste Aussagen über die Batterien machen. So können die Automobilhersteller voraussehen, wann die Leistung nachlässt. Daraus ermitteln sie den optimalen Zeitpunkt, um die Autobesitzer aufzufordern, ihre Fahrzeuge zur Aufrüstung in der Werkstatt vorbei zu bringen.

"Denkt man dieses Szenario weiter, muss man vielleicht nicht die gesamte Batterie, sondern nur einzelne Batteriezellen austauschen - eben jene, die ausfallen werden", sagt Felton. Dann müsse man nicht Batterien zurückzunehmen, in denen die meisten Elemente noch funktionieren. Das würde den Recyclingaufwand noch mal verringern und die Kosten eindämmen.

Diese Cloud-Architekturen für Batterien fangen nicht erst beim Verkauf des Elektroautos an, sondern starten schon in der Gigafactory, in der die Elektroauto-Batterie produziert wird. Sobald also Batterien eine mit der Cloud verbundene Gigafactory verlassen, werden sie mit einem Rückverfolgbarkeitsdokument versehen, das die Bedingungen und die bei der Herstellung verwendeten Rohstoffe erfasst. "Eine Art digitaler Pass", so Felton, "der dann mit der Batterie verbunden bleiben kann und permanent weitere Informationen darüber sammelt, in welches Fahrzeug sie eingesetzt wird, welchen Leistungsverlauf sie hat und wie sie während ihrer gesamten Lebensdauer geladen und entladen wird – bis hin zum Recyclingprozess und darüber hinaus.

Über Lösungen wie den "AWS IoT TwinMaker" von Amazon Web Services können diese Echtzeitdaten genutzt werden, um digitale Zwillinge jeder Batterie zu erstellen. Über diese virtuellen Darstellungen können viel präzisere Aussagen über den Zustand der Batterie und ihrer Komponenten getroffen werden. „Man kann zudem vorhersagen, wann die Leistung des Akkus unter die normalen Schwellenwerte fällt und zwar genau auf die einzelnen internen Zellen bezogen“, sagt Felton. Dieselben digitalen Zwillinge zeigen zudem die Materialien in der Batterie sowie den Zustand der einzelnen Zellen und leiten den Rückgewinnungs- und Recyclingprozess der realen Batterie.

Auch der Zulieferer Bosch entwickelt ein solches Batterie-Überwachungsmodell, das die Stuttgarter "Battery in the Cloud" nennen. Nicht nur für Autohersteller sind dies wertvolle Informationen, sondern auch für Flottenbetreiber oder Elektroauto-Besitzer, die einen besseren Überblick über den Zustand ihrer Batterie bekommen wollen. Denn dadurch lässt sich vermeiden, dass verkürzte Reichweiten, unerwartete Ausfälle oder sogar hohe Kosten anfallen, falls die Batterie komplett ersetzt werden muss. Softwarefunktionen analysieren in der Bosch-Cloud kontinuierlich den Zustand der Fahrzeugbatterien und ergreifen Maßnahmen gegen die Zellalterung. Leistung und Lebensdauer der Akkus lassen sich so verbessern. Bosch verspricht eine um bis zu 20 Prozent geringere Batteriealterung und schnelleres Laden durch zusätzliche Lademodi.

Technisch gesehen kombiniert der Zulieferer für seine Batterieservices große Datenmengen aus Fahrzeugflotten mit Cloud-Technologien und Künstlicher Intelligenz. Zunächst werden die aktuellen Batteriedaten in den Fahrzeugen gesammelt, gefiltert und an die Cloud übertragen. In einem zweiten Schritt werden die Daten mithilfe von Software-Algorithmen analysiert. Die KI trifft dann Vorhersagen zum Batteriezustand. Im letzten Schritt werden die individuellen Ergebnisse wie Empfehlungen zum Laden und aktuelle Informationen zum Zustand der Batterie von der Cloud ins Fahrzeug beziehungsweise an entsprechende Endgeräte wie Smartphones übermittelt. Im letzten Schritt wird die neue Reichweite der Batterie errechnet und übertragen.

Gezielt an Flottenbetreiber richtet sich ein Bosch-Projekt für innovative Batterie-Dienstleistungen, das der Stuttgarter Zulieferer derzeit mit Mitsubishi in China entwickelt. Laut den beiden Unternehmen scheuen sich vor allem Taxi- und Ride-Hailing-Betreiber davor, im großen Stil ihre Flotten zu elektrifizieren. Künftig könnten Flottenbetreiber nur noch für die Nutzung der Batterie zahlen und müssten nicht mehr die Akkus kaufen - eine Art Batterie-Leasing. Dies senke nicht nur die Investitionskosten vorab, sondern auch die Betriebskosten.

Elektrofahrzeuge ließen sich wirtschaftlicher betreiben, heißt es bei Bosch. Via Cloud bekommen die Batteriebetreiber dann einen genauen Überblick über Auslastung und Zustand. Derzeit befindet sich dieses Gemeinschaftsprojekt noch in der Testphase.