Elektromobilität: Die Batterielogistik macht mobil

Mit dem Eintritt in den Massenmarkt wird die Logistik für Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen immer wichtiger. Das Forschungsprojekt „Innovationslabor für Batterie-Logistik in der E-Mobilität“ hat sich zum Ziel gesetzt, Logistikkonzepte für Lagerung, Transport und Lieferkette von Li-Ion-Batterien zu entwickeln.

Die Batterielogistik sieht sich in Sachen Lithium-Ionen-Batterien vielen offenen Fragen gegenüber. Bild: Fraunhofer IML
Die Batterielogistik sieht sich in Sachen Lithium-Ionen-Batterien vielen offenen Fragen gegenüber. Bild: Fraunhofer IML
Therese Meitinger
Elektromobilität

Bei der Lagerung und dem Transport von Lithium-Ionen-Batterien für die Elektromobilität betritt die Batterielogistik derzeit allenthalben Neuland. Die meisten Gesetze, Verordnungen und Richtlinien sind schließlich zu einer Zeit entstanden, als die E-Mobilität – und damit die Batterieforschung und -produktion – noch in den Kinderschuhen steckte. Industrielle und wissenschaftliche Tests, auf denen die Regelungen basieren, liegen oftmals schon mehrere Jahre zurück. Die Batterietechnologie hat sich unterdessen enorm weiterentwickelt: Zellchemien und -geometrien haben sich so verändert, dass frühere Ergebnisse in der aktuellen Welt kaum noch Relevanz haben.

Verantwortungsvolle Logistikdienstleister erlegen sich heute daher besonders strenge Maßnahmen für die Lagerung und den Transport von Batterien auf, um Behörden keine Angriffsfläche zu bieten. Gleichzeitig wissen sie aus innerbetrieblichen Versuchen und bisher gesammelten Erfahrungen, dass die Notwendigkeit dazu oft gar nicht besteht. Angesichts einer rasant steigenden Anzahl von Batterien im Markt der E-Mobilität – sowohl neuer Batterien als auch gebrauchter Rückläufer – wird sich künftig aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr jede Batterie vorsichtshalber „in Watte packen“ lassen. Vor diesem Hintergrund will das „Innovationslabor für Batterie-Logistik in der E-Mobilität“, kurz InnoLogBat, effizienten Lösungen und offiziellen Standards den Weg bereiten. Die Logistik könnte damit einmal mehr zum Motor eines Wachstumsmarktes werden.

Präventive Lagermodelle

Wissenschaft und Wirtschaft entwickeln in dem Forschungsprojekt unter der Konsortialführung des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML gemeinsam abgestimmte Logistikkonzepte für die Lagerung, den Transport und die Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien (siehe Kasten S. 59). Während für die Hersteller von E-Fahrzeugen und Lithium-Ionen-Batterien heute noch deren Reichweite und Lebensdauer die wichtigste Währung sind, interessieren sich die Logistikdienstleister maßgeblich für die Sicherheit beim Umgang mit Batterien sowie für deren Verfügbarkeit. Dafür benötigen sie zuallererst (mehr) Informationen zum Zustand – oder besser: den verschiedenen Zuständen – von Batterien.

Unter Experten besteht inzwischen zwar Einigkeit, dass das Risiko für das Auftreten von Bränden bei Elektrofahrzeugen geringer ist als bei Verbrennern. Im Fall der Fälle jedoch kann die Brandausbreitung zum Problem werden. Deshalb stehen im InnoLogBat etwa präventive Konzepte für die Lagerung oder digitale Modelle für den Transport von Batterien auf der Agenda. Die Grundlagen dafür konnten bereits geschaffen werden: unter anderem mit einem Leitfaden zur Zustandsbestimmung von Batterien sowie mit Analysen des Lebenszyklus von Batterien und des Informationsflusses von Batteriedaten. Dabei wurde alles erstmals aus rein logistischer Sicht betrachtet und bewertet.

Mit dem „Batteriepass“, der in der Europäischen Union im Jahr 2027 zur Pflicht werden soll, kommen die Logistikdienstleister bei ihrer Forderung nach weiteren Informationen noch nicht weiter. Die mehr als 100 unterschiedlichen Datenpunkte, die er nach Vorstellungen der Europäischen Kommission enthalten soll, sind keine, die für logistische Prozesse und Entscheidungen relevant sind. Die Logistik braucht vielmehr Echtzeitdaten.

Herz- und Kernstück der technologischen Arbeit im Forschungsprojekt ist daher die Entwicklung eines IoT-Devices, das komplette Batteriepacks auslesen und somit eine Überwachung des Zustands einzelner Batterien gewährleisten kann. Durch die Sensordaten in Verbindung mit Machine-Learning-Modellen zur Mustererkennung lassen sich mögliche Indikatoren für (wenn auch seltene) Brandrisiken frühzeitig erkennen. Die Monitoring-Parameter sollen über Mobilfunkstandards wie CAT M1 und Narrowband IoT (NB-IoT) regelmäßig und unabhängig von örtlicher Infrastruktur wie WLAN, Ultrabreitband (UWB) oder Bluetooth an eine zentrale Stelle übermittelt werden. Diese kann dann Maßnahmen einleiten, die das Brandrisiko minimieren oder das Übergreifen eines Feuers verhindern. Das Konzept für das Device soll im Frühjahr 2024 vorgestellt werden.

Wie hilfreich optische oder akustische Hinweise eines IoT-Sensors für Mitarbeiter im Lager sind, haben die Forscher bereits im Rahmen des am Fraunhofer IML entwickelten Virtual-Reality-Demonstrators „Lift Nick“ gezeigt, einem Weiterbildungsformat für Mitarbeiter im Lager. Mit einem speziellen Batterie-Use-Case wird hier das Bewusstsein von Staplerfahrern für den innerbetrieblichen Transport von Batterien geschult. Erste Tests zeigen, dass sich im Fall der Fälle auch die Reaktionszeiten der Mitarbeiter deutlich verbesserten.

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Sensor erkennt Gefahren

Die Sensortechnologie ist zudem Gegenstand eines aktuellen Transferprojekts des InnoLogBat mit einem mittelständischen Unternehmen, das Datenlogger entwickelt und vertreibt. Ein neuartiger Digitalsensor, der unsichere Batterien anhand von austretenden Schadgasen erkennt, wurde hier mittels Machine-Learning auf verschiedene Gasgemische trainiert. Das „Wiedererkennen“ der Gasgemische bei Batteriehavarien stellt eine deutlich verbesserte Detektion von schadhaften Lithium-Batterien dar. Gleichzeitig lassen sich Falschdetektionen vermeiden. Mit Transferprojekten wie diesem unterstützen die Forscher vorwiegend kleine und mittelständische Unternehmen bei beispielhaften betrieblichen Aufgabenstellungen, die einen Beitrag zur Verbesserung der Batterielogistik leisten können. Weitere Transferprojekte starten Anfang 2024.

Dass Lithium-Ionen-Batterien auch Teil einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sein müssen, darüber besteht in der Logistik schon heute große Einigkeit. Genutzte beziehungsweise gebrauchte Batterien sollen – wann immer möglich – repariert, wiederaufgearbeitet, überholt und in Fahrzeugen oder anderen Anwendungen wieder eingesetzt oder recycelt werden, um die raren und teuren Rohstoffe weiterzuverwenden. Die Forscher wollen vor diesem Hintergrund einen Anforderungskatalog zur Gestaltung einer Plattform erstellen, die alle Akteure vernetzen und ihnen – je nach Anforderungen und Rechten – Zugriff auf Batteriedaten, natürlich in Echtzeit, bieten kann. Davon würden nicht nur die angeschlossenen Teilnehmer der Supply Chain, sondern auch Behörden und Rettungskräfte profitieren.tm

Autoren: Dr. Arkadius Schier, Leiter des InnoLogBat, Max Plotnikov, stellvertretender Leiter InnoLogbat, beide Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Dortmund.

Innovationslabor für Batterielogistik in der E-Mobilität

Im Forschungsprojekt „Innovationslabor für Batterie-Logistik in der E-Mobilität“, kurz InnoLogBat(www.innovationslabor-batterielogistik.de), werden unter Einbeziehung von StateoftheArt-Technologien abgestimmte Logistikkonzepte zur Lagerung, zum Transport und für die Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Im Einklang mit dem Konzept der Circular Economy sollen Lösungen speziell für den Logistikprozess von First Life, Re-Use und Second Life von Batterien entstehen. Partner sind das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML als Konsortialführer, das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI, und die Universität Leipzig, die drei Industrieunternehmen Remondis Industrie Service, Rhenus Automotive und Mercedes-Benz Energy sowie seit Sommer 2023 die VdS Schadenverhütung, Tochter des Gesamtverbands der Deutschen Versicherungswirtschaft.

Das Forschungsprojekt startete Ende 2021 mit einer Laufzeit bis September 2024. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das InnoLogBat mit rund 5,3 Millionen Euro.

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Artikel Elektromobilität: Die Batterielogistik macht mobil
Seite 58 bis 59 | Rubrik EXTRA