Validierung der Batterie-Lebensdauer

»Das Testen ist viel simulativer abbildbar«

14. Dezember 2021, 12:02 Uhr | Ute Häußler
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Dr. Stephan Rohr ist Mitgründer und Co-CEO von Twaice.
© WFM

Die Batterie eines Elektroautos ist das teuerste Verschleißteil und entscheidet über die Lebensdauer und den Restwert eines E-Fahrzeugs. Das Münchner Unternehmen Twaice ist auf Software zur Batterieanalyse spezialisiert und bietet TÜV-zertifizierte Lebensdauer-Prognosen.

Wir sprechen mit Dr. Stephan Rohr, Co-Gründer und Co-CEO, über die Technologie und die Anwendungen für OEMs, Zulieferer und Endkunden.

Twaice ist ein recht junges Unternehmen mit beachtlichem Erfolg – wie kam es zur Gründung?

Batterien sind in einem Elektroauto die teuerste Komponente, aber auch ein Verschleißteil, da sich die Leistung über die Laufzeit verschlechtert. Während unserer Promotion an der TU München haben wir uns mit der Frage beschäftigt, wie man diesen Verschleiß analysieren kann, um die Lebensdauer vorherzusagen. Vor acht Jahren haben wir dann Twaice gestartet und uns auf Batterie-Analytik spezialisiert. Denn es macht einen riesen Unterscheid, ob ein Auto in Deutschland oder Norwegen gefahren wird; die Temperatur, das Ladeverhalten und die Fahrweise haben einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer. Wir haben uns angeschaut, wie dieser Gesundheitszustand im Detail per Software eingeschätzt werden kann. Ohne zusätzliche Hardware und ohne das BMS teurer zu machen, sondern einfach über die bereits generierten Daten.

Was sind die Schwierigkeiten dabei?

Batterien sind sehr komplex und verändern sich kontinuierlich. Quasi jeden Monat kommen neue Batteriezellen und Batteriesysteme auf den Markt, diese Dynamik führt zu sehr vielen Herausforderungen entlang des kompletten Batterielebenszyklus. Ein Batterieentwickler oder –Simulationsingenieur muss sehr früh im Entwicklungszyklus in die Zukunft schauen und eine Aussage treffen, welches Laden zulässig ist, wie groß die Batterie sein soll und welche Lebensdauer daraus folgt. Diese Validierung, dieses Testen kostet sehr viel Zeit und Geld und ist viel simulativer abbildbar.

Was haben Sie aus Ihren Forschungen abgeleitet?

Wir nutzen unsere Daten, um Batterieingenieure schon in der Batterieentwicklung zu unterstützen, frühzeitig über das elektrische Verhalten, das thermische Verhalten und Alterungsverhalten Lebensdaueraussagen treffen zu können. Also: mit weniger Tests, mit weniger Aufwand für manuelle Prototypen, Batteriesysteme schneller zu entwickeln. Jeder Fahrzeughersteller will zurzeit so schnell wie möglich seine Elektrofahrzeuge in den Markt bekommen.

Woher bekommen Sie Ihre Daten, die Erfahrungswerte für das Software-Training?

Zu einem haben wir ein eigenes Batterie-Labor in München. Dort machen wir Zyklisierungstests in der Batterieentwicklung, in denen wir sehr viele Aussagen über die Batteriezellen und deren Alterungsverhalten sammeln. Und zum anderen bekommen wir direkt Daten von unseren Kunden, die solche Tests teilweise schon durchlaufen haben.

Für welche Arten von Batterien eignet sich die Software?

Alle aktuellen Lithium-Ionen-Typen sind ohne Einschränkungen abgedeckt, inklusive der bekannten Zellchemien NMC, LFP und NCA.

Sie analysieren Batterien aber nicht nur vor, sondern auch während der Nutzung.

Unser zweiter Schwerpunkt ist die Überwachung und Analyse der Batterien, wenn sie in den Elektroautos und –bussen in Gebrauch sind. Der Restwert eines E-Autos hängt ganz wesentlich vom Gesundheitszustand und der prognostizierten Restlebensdauer der Batterie ab. Unsere Voraussagen münden in ein sogenanntes Battery-Health-Zertifikat oder einen Batterie-Pass; wir arbeiten dafür u.a. mit dem TÜV Rheinland zusammen. Die Verlässlichkeit unserer Analysen ist insbesondere für Gewährleistungen wichtig. Der Zellhersteller, der Batterie-Systemhersteller und der Fahrzeughersteller bieten jeweils eine Gewährleistung, die für den Nutzer nachvollziehbar sowie rechts- und Compliance-sicher abgebildet werden muss.  Dieses Inlife-Management ist ein zweiter großer Bestandteil unseres Batterieanalyse-Angebots, so können Batterien mit höherer Lebensdauer gewährleistet und der Restwert eines Elektroautos gesteigert werden.

Sie sind vom Start-Up zum Skale-Up mit fast 100 Mitarbeitern gewachsen, haben im Herbst eine Partnerschaft mit Analog Devices bekanntgegeben. Was ist der Hintergrund der Kooperation?

Wenn wir die Batterie während der Nutzung analysieren, liefert uns das BMS dafür die Daten. Analog Devices ist nicht nur führend bei BMS, sondern auch für drahtlose BMS. Die Kooperation ermöglicht Twaice neue Anwendungen, also nicht nur Restwert und Inlife-Management, sondern auch in der Logistik. Bei der Lagerung von Batterien, bevor sie im Elektroauto zum Einsatz kommen, muss der Batteriezustand ebenso überwacht werden. In der Zusammenarbeit mit Analog Devices können wir diese Daten erfassen und eröffnen unserer  Analytik ein weiteres Anwendungsfeld.

Mit welchen Partnern arbeiten Sie auf Herstellerseite zusammen?

Wir arbeiten unter anderem mit Audi und Daimler zusammen, prinzipiell aber herstellerübergreifend für Auto, Busse und LKW. Gerade der Elektrobus-Bereich ist sehr spannend, da kostet eine Batterie bis zu 200.000 Euro. Städte und Kommunen, die Busse unterschiedlicher Hersteller mit unterschiedlichen Gewährleistungen einsetzen wollen, greifen auf uns für die Analyse und das Benchmarking zurück. Wir selbst machen aber nicht das Flottenmanagement, sondern integrieren unsere Analytik dort. Wir bleiben die technischen Experten für Batterieanalysen.

Im TwAIce Logo, sticht AI ins Auge – wie kommt genau kommt Künstliche Intelligenz für die Batterieanalyse zum Einsatz?

Was uns einzigartig macht, ist, dass wir zwei Domänen verheiraten. Zum einen, dass wir aus vielen Daten Aussagen treffen, u.a. auch mit Machine Learning-Algorithmen. Wir kommen dabei sehr stark aus der Batteriedomäne, also wie man Batterien physikalisch modelliert und darauf Algorithmen und Gesundheitszustandsanalysen zu fahren. Das bringen wir in einem hybriden Ansatz zusammen. Wir Nutzen datengetriebene Ansätze und KI, wo es Sinn ergibt, arbeiten aber auch zu großen Teilen domainen- und physikalisch basiert.

Wie sieht Ihr Geschäftsmodell dahinter aus?

Wir verkaufen Software-Lizenzen, die im Wesentlichen an die großen Autohersteller, Flottenbetreiber und Tier-1 gehen. Dabei verknüpfen wir unsere Lizenz mit den gewünschten Features, der Anzahl der analysierten Batterien, wie viele unterschiedliche Batteriezellen usw. – daraus ergibt sich der Preis und die Skalierung. Innerhalb der Lizenzen entwickeln wir die Software kontinuierlich weiter und bauen das Tool immer weiter aus.

Wie wollen Sie Twaice in den nächsten Jahren weiterentwickeln?

Unsere Vision ist, den Umschwung zur Elektrifizierung mit Batterie-Analytics-Software entlang des Lebenszyklus zu beschleunigen. Der aktuelle Schwerpunkt liegt auf Entwicklung und Inlife, das Analog Devices-Beispiel liegt genau dazwischen. Wir werden Twaice mit neuen Uses Cases über die nächsten Jahre ausbauen, in den USA planen wir bereits einen Standort. Auch im Bereich Grid-Scale und Energy Storage werden wir wachsen. Dort haben wir quasi dieselben Use Cases wie im Automobilbereich, nur dass die Systeme viel größer sind und viel mehr Daten generieren. Die Bereiche Elektromobilität und Energiespeicher werden langfristig zusammenwachsen, diese Entwicklung hat bereits begonnen. Anwendungen wie Vehicle-to-Grid liegen genau dazwischen, da sind wir schon dran. Der Verschleiß einer Auto-Batterie darf beispielsweise nicht größer sein, als das, was der Privatkunde daran verdient, sein Auto dem Netz zur Verfügung zu stellen.

An welchen Synergien zwischen Auto- und Energiebereich arbeiten Sie bereits?

Im Energiebereich arbeiten wir mit der Münchner Rück zusammen, um 10-Jahres-Performance-Garantien anzubieten. Wir machen die Analytik, die Münchner Rück gestaltet die Versicherungsabdeckung. So kann die Batterieanalytik wie bei dem TÜV-Zertifikat aufgewertet werden und generiert zusätzliche Sicherheit und Planbarkeit für Nutzer und Hersteller. Auch für die Auto-Firmen ist das ein großer Asset. Eine Firma wie Volkswagen wird 2024/2025 pro Jahr rund 40 bis 50 Milliarden Euro Batteriewert neu auf die Straße bringen. Wenn mögliche Re-Calls auf die Bilanzen durchschlagen, muss hier Vorsorge getroffen werden. Und nicht zuletzt ist auch das Second Life der Batterien wichtig. Wir können nach dem ersten Lebenszyklus im Auto, den Wiederverkaufswert und die Leistung zur Weiter-Verwertung als Energiespeicher analysieren sowie die Länge und optimale Nutzung des zweiten Batterielebens prognostizieren.

Vielen Dank für das Gespräch und viel Erfolg!

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