gesponsertDigitalisierung Schneller mehr Wissen – Batterie und Homologation

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TÜV NORD Mobilität GmbH & Co. KG

Der TÜV Nord entwickelt zusammen mit Partnern neue Analysemethoden und digitale Prozesse. Davon profitiert die gesamte automobile Wertschöpfungskette.

Bereits etliche Monate vor der IAA Transportation in Hannover gab es auffallend viele Nachrichten aus dem Nutzfahrzeugbereich. Ob das zeigt, dass die Messe für die Branche besonders bedeutsam ist, oder ob es an den Vorschriften liegt, die bald lokal emissionsfreie Antriebstechnik vorschreiben, sei dahingestellt.

Die von den Herstellern im Jahr 2024 angekündigten Nutzfahrzeuge zeigen jedenfalls eine klare Tendenz: Künftig werden große Teile des Güterverkehrs – von den letzten Kilometern über die Mitteldistanz bis zur Langstrecke – mit elektrischen Antrieben unterwegs sein.

Die Hersteller von Nutzfahrzeugen verfolgen dabei überwiegend zwei verschiedene Ansätze: Die vorgestellten neuen Modelle haben entweder einen batterieelektrischen Antrieb oder einen E-Motor, der seine Energie aus einem Brennstoffzellensystem bezieht.

In beiden Fällen kommen Hochvoltspeicher zum Einsatz. Während in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug der Akku als Puffer für besonders hohe Lastfälle dient, muss die Batterie in einem Elektro-Lkw die gesamte Energieversorgung übernehmen.

Durch die hohen Kosten der Batteriesysteme und ihre zentrale Rolle haben sie einen entsprechend großen Einfluss auf die Betriebskosten eines Fahrzeugs (auch total cost of ownership, TCO). Für Flottenbetreiber gibt es nun neue Parameter, auf die geachtet werden müssen. Der Zustand der Akkus ist wichtig für die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge, die Reichweite (und somit für die Routenplanung) und den Ladeprozess (minimierte Standzeit).

Den Zustand der Akkus (engl. state of health, SOH) zu ermitteln und zu dokumentieren ist für Flottenbetreiber essenziell. Bei batterieelektrischen Fahrzeugen ist die Leistungsfähigkeit der Zellen zudem entscheidend für die Restwerte der Flotte.

Batterieanalyse mit Volytica

Beim TÜV Nord will man diese Akku-Zustände unabhängig von den Fahrzeugherstellern prüfen. Dafür hat sich die Prüfgesellschaft mit Volytica zusammengetan. Das noch junge Unternehmen wurde im Jahr 2019 in Dresden gegründet. Teile des Teams arbeiteten zuvor bereits an Methoden und Prozessen zur Batterieanalyse während ihrer Zeit am Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI.

Im vergangenen Jahr konnte Volytica eine Finanzierungsrunde erfolgreich abschließen, an der sich unter anderem der Energieversorger EnBW beteiligte.

Mit dem TÜV Nord arbeitet das Dresdner Team bereits länger zusammen. 2022 begleiteten beide Unternehmen den bis dahin größten Verkauf gebrauchter Elektro-Busse in Europa. Gemeinsam prüften sie den Status der Akkus von 259 Bussen der Marke BYD, die anschließend den Eigentümer wechselten.

„Wir wollten für die SOH-Prüfung an Batteriesystemen keine eigene Lösung entwickeln, sondern bewusst auf unsere Stärken setzen“, begründet Leif-Erik Schulte die Suche nach einem Partner. Er leitet bei TÜV Nord das Institut für Fahrzeugtechnik und Mobilität. Die Stärken des TÜVs liegen in der Typgenehmigung sowie in der Durchführung der technischen Überwachung von Fahrzeugen und den damit einhergehenden Methoden und Prozessen.

Für die Batterieanalyse, die laut Schulte bis auf Zellebene gehen kann, kommt die Expertise der Spezialisten von Volytica zum Einsatz. Das fertige Produkt stellen die Unternehmen erstmals auf der IAA Transportation in Hannover vor. Es ist für sämtliche Nutzfahrzeuge und Busse geeignet.

Die erforderlichen Daten werden über die On-Board-Diagnose-Schnittstelle (OBD) erfasst. Dabei werden die Leistung des Akkus und viele weitere Parameter sowohl während des Fahrbetriebs (Abgabe von Energie) ausgewertet, als auch während die Zellen geladen werden.

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Präzises Gutachten

Den gesamten Nutzungszyklus zu überwachen erhöht die Genauigkeit des Gutachtens. Die Daten, die während einer Fahrt erzeugt werden, sind zwar schnell verfügbar, sagt Schulte. Sie eignen sich aber nicht für eine präzise Aussage zum Akkuzustand.

Dafür muss ein Ladezyklus ebenfalls betrachtet werden. Er gibt einen sehr detaillierten Blick auf den Zustand einer Batterie. Allerdings nimmt das einige Zeit in Anspruch. Langstrecken-Lkw haben Akkukapazitäten von über 600 Kilowattstunden und werden mit einer Leistung von bis zu 400 Kilowatt geladen. Das Megawattladen (Standard MCS) ist noch nicht verfügbar.

Deshalb haben TÜV Nord und Volytica zwei Analyseszenarien entwickelt. Die Prüfgesellschaft kann im Rahmen einer Hauptuntersuchung an einem Fahrzeug ein Gutachten für die Batterie erstellen – oder jederzeit auf Knopfdruck. Flottenmanager können letztgenannte Option als sogenannten Software-as-a-Service buchen.

Die spezifischen Daten können dann zu jedem vernetzten Fahrzeug abgerufen werden. Die Datensätze liefern frühzeitig Hinweise zu möglichen Problemen – etwa zu Zellen oder Zellpaketen, deren Leistung ungewöhnlich stark nachgelassen hat.

Betreiber und Fahrer könnten sich aus dem System zudem Tipps für ein besseres Ladeverhalten geben lassen, nennt Schulte ein Beispiel für eine weitere Funktion.

Die Batterieanalyse von TÜV Nord und Volytica soll künftig zum Beispiel an den Prüfstellen in Deutschland verfügbar sein. Weitere Märkte könnten hinzukommen. Die Batterieanalyse für Nutzfahrzeuge könnte laut Schulte in weiteren Ländern, in denen TÜV Nord bereits aktiv ist, eingeführt werden.

Digitale Homologation

Ein weiteres Thema, das der TÜV Nord in Hannover vorstellen wird, setzt deutlich früher an: bei der Typgenehmigung von Kraftfahrzeugen (oft auch Homologation genannt). Für diesen Prozess entwickelt TÜV Nord zusammen mit Deloitte eine Plattform, die den Genehmigungsprozess unterstützt, indem einzelne Schritte digitalisiert werden.

Bisher besteht die Typgenehmigung eines Fahrzeugs aus einer Vielzahl von Einzelrechtsakten. Leif-Erik Schulte spricht von 60 bis 65 Stück. Diese können für Fahrzeuge, die bereits verkauft und zugelassen sind, nicht mehr aktualisiert werden.

Das sei aber insbesondere bei Software-Updates oftmals notwendig, erklärt Schulte die Ausgangslage. Die Situation wird zunehmend kompliziert, da einige Autohersteller ihre Fahrzeugarchitekturen dahingehend verändern, dass Software-Updates ein wichtiger Bestandteil bzw. ein Geschäftsmodell werden: Stichwort software-defined vehicle (SDV).

Bei einigen neueren Modellen können Kunden einzelne Funktionen jederzeit nach dem Fahrzeugkauf erwerben. Zum Beispiel individuelle Designs für das Tagfahrlicht oder mehr Leistung für den Elektromotor. Ein weiterer Aspekt sind Updates, die von den Hersteller bereitgestellt werden, um die Leistung einzelner Systeme zu verbessern. Beispielsweise Assistenzsysteme oder das Batteriemanagement.

Das kann einen relevanten Einfluss auf Umwelt- oder Sicherheit haben. „Solche Updates erfordern zwingend fortlaufende Typgenehmigungen“, sagt Schulte.

Diese unterstützt TÜV Nord künftig mit der „SDV Operate Plattform“, die eine digitale Homologation ermöglichen soll. Mit ihr lässt sich der gesamte Lebenszyklus neuer Fahrzeugsoftware verwalten, von der Einführung bis hin zu Over-the-Air-Updates.

Man habe einen Ansatz gewählt, das Fahrzeug wie ein Mobiltelefon zu betrachten. Das heißt, Software muss nicht zwingend vom Hersteller kommen. Künftig könnten auch Dritte Softwareprodukte anbieten.

Diesen Punkt betrachtet der Entwicklungspartner Deloitte. Das Beratungsunternehmen entwirft einen Marktplatz, über den Applikationen von herstellerunabhängigen Unternehmen angeboten werden können. Die Experten des TÜV Nord betrachten im gemeinsamen Projekt derweil den Ablauf der Typgenehmigung und wie dieser in einer digitalen Welt abgebildet werden kann.

Durchgängig digitalisieren

Bevor eine neue Funktion von den Herstellern ausgerollt wird, lautet die erste Frage immer: „Ist das genehmigungsrelevant?“ Von diesem Startpunkt bis zur Planung von eventuell notwendigen Fahrdynamiktests unterstützen die Experten des TÜV Nord. Aber: „Der Prozess ist heute nicht durchgängig digitalisiert“, sagt Schulte.

Er sieht den neuen, digitalen Ablauf vorgelagert bzw. parallel zum Genehmigungsprozess über entsprechende Typgenehmigungsbehörden. Über die „SDV Operate Plattform“ prüft die TÜV Nord automatisch angemeldete Software-Änderungen. Die Nutzer der Plattform erhalten danach eine Info, welche Schritte als nächstes erforderlich sind.

Ist das neue Software-Paket nicht genehmigungsrelevant, ist der Prüfprozess relativ kurz. Anderenfalls werden die einzelnen Prüfungen und Dokumentationen empfohlen.

Das zentrale Portal stellt den jeweiligen Status von Tickets und Aktivitäten sowohl für Fahrzeughersteller als auch deren technische Dienstleister in Berichten und Analysen dar.

Neben der Typgenehmigung hat die „SDV Operate Plattform“ drei weitere Module: virtuelles Laborfahrzeug, Projektkonfigurator und rollenbasierte Zugriffsrechte. Über die Module lässt sich die Plattform individuell an die eigenen Bedürfnisse anpassen. Das virtuelle Laborfahrzeug enthält beispielsweise Simulationsergebnisse und Daten aus dem Fahrzeugbestand. Modelländerungen lassen sich damit virtuell testen.

Im Projektkonfigurator lassen sich MVPs (engl. minimum viable product) entwickeln und ein globaler Implementierungsplan erstellen.

Durchgängig transformieren

Beide Beispiele – die Batterieanalyse und die digitalisierte Typgenehmigung – zeigen, dass sich nicht nur die Automobilindustrie transformieren muss. Mit den neuen E/E-Architekturen und Antriebsformen der Fahrzeuge entstehen für die Hersteller neue technische Möglichkeiten und Geschäftsmodelle. Das hat enormen Einfluss auf den gesamten Lebenszyklus der Fahrzeuge: angefangen bei der Typgenehmigung über den Betrieb bis hin zum Verwerten der Werkstoffe und gesammelten Daten.

Die Mitarbeiter des TÜV Nord tragen mit ihrer Expertise dazu bei, die Vorschriften an die neuen Gegebenheiten anzupassen. Darüber hinaus arbeitet die Prüforganisation mit Partnern daran, in einzelnen Bereichen Mehrwerte sowohl für die beteiligten Unternehmen der Autoindustrie als auch für die Fahrzeugnutzer zu schaffen.

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