Virtuelle Batterien für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen – Fraunhofer IWES auf der IAA

Die IAA steht mit dem Fachkongress Elektromobilität und der Themenhalle 4 ganz im Zeichen von Elektroantrieben und leistungsfähigen Versorgungsnetzen.“Zukunft serienmäßig“ bedeutet auf dieser IAA auch den Übergang zu Elektroantrieben voranzubringen.

Matthias Puchta ist Doktorand im Fraunhofer IWES Kassel und hat gut Lachen: Auch wenn das Thermometer in Deutschland gerade 38° Celsius anzeigt, kann er ausprobieren, ob sein Versuchsfahrzeug bei sibirischer Kälte noch anspringt. Der stets gut gelaunte Wissenschaftler gehört zu den wenigen Menschen, die eine Fahrzeugbatterie innerhalb einiger Sekunden wechseln oder laden können. Auch manche Kollegen aus der Automobil- und Zulieferindustrie können das inzwischen – wenn es um Starterbatterien geht.

Virtuelle Batterien sind Nachbildungen echter Batterien: eine elektrische Energiequelle wird durch ein Computerprogramm so gesteuert und geregelt, dass ein elektrischer Verbraucher die virtuelle Batterie nicht von einer echten Batterie unterscheiden kann. Leistungsfähige Batterien sind für Elektromobilität unerlässlich.

Die Virtuelle Batterie des Fraunhofer IWES bietet Entwicklern hervorragende Funktionen. Virtuelle Batterien des IWES helfen Ingenieuren in der Industrie und in der Forschung Zeit und Geld zu sparen. Das „Gehirn“ solcher Systeme ist eine speicherprogrammierbare Steuerung – nicht größer als eine Faust – und ein Programm, das das Verhalten echter Batterien mathematisch präzise simuliert. Im Labor arbeiten die Ingenieure des IWES mit virtuellen Batterien für Stromstärken bis weit über 1000 Ampère. „Damit können wir auch mal satte Kurzschlüsse im Bordnetz testen“ sagt Matthias Puchta.

Was sich einfach anhört, ist manchmal sehr schwierig: Gerade die mathematische Beschreibung des dynamischen Verhaltens gewöhnlicher Starterbatterien ist eine eher ungewöhnliche Herausforderung. Trotzdem haben es die Wissenschaftler des Instituts geschafft, solche Programme zu entwickeln und als Industriestandard zu etablieren. Modelliert werden alle relevanten physikalischen und elektrochemischen Prozesse in den Speicherzellen, so dass die Software mit einfach verfügbaren Daten der Batteriehersteller vollständig parametriert werden kann. Viele Unternehmen der deutschen und europäischen Automobil- und Zulieferindustrie arbeiten deshalb inzwischen mit dieser Simulationssoftware.

Institutsleiter Professor Jürgen Schmid und Peter Caselitz, Bereichsleiter für Regelungstechnik und Energiespeicher, freuen sich, dass diese schon vor einigen Jahren entwickelte echtzeitfähige Software auch heute noch nichts von ihrer Attraktivität eingebüßt hat: „Ein Produkt, das weltweit noch immer konkurrenzlos ist, spricht sicher für die Qualität unserer Arbeit“.

Daher war es für die Wissenschaftler des IWES auch nahe liegend, diese Expertise auf Batterietechnologien auszudehnen, die in Zukunft für Elektrofahrzeuge und nachhaltige Energieversorgungssysteme gebraucht werden. Aus heutiger Sicht wird es sich dabei um Lithium-Ionen-Systeme handeln, eine Batterietechnologie, die in der Gerätetechnik zwar schon lange verwendet wird, als „Tank-Ersatz“-Technologie aber noch am Anfang der Entwicklung steht.

Im Rahmen verschiedener Projekte zur Elektromobilität wird der Einsatz virtueller Batterien durch das Bundesumweltministerium und durch das Bundeswirtschaftsministerium gefördert.