Spannung halten: Ein zweites Leben für Batterien

Acht Jahre oder 160.000 Kilometer kann eine EQC-Batterie ohne erheblichen Kapazitätsverlust auf der Straße im Einsatz sein. Und dann? Was passiert mit den immer noch funktionstüchtigen Akkus nach der Zeit im Fahrzeug? Das Entwicklungsteam der 2016 gegründeten Mercedes-Benz Energy hat darauf zahlreiche Antworten gefunden.

Es gibt zwei Wege, sich Kamenz zu nähern. Von Dresden führt die Route durch Leppersdorf, Pulsnitz und Gelenau direkt ins Zentrum der beschaulichen sächsischen Kreisstadt. Die Schau-Bäckerei Kahre betreibt dort ein Café, in dem Besucher von außerhalb gerne ein Lessingtörtchen bestellen: Die Biskuitküchlein mit Kirsch-Vanillecremefüllung sind eine Hommage an den berühmten Dichter der deutschen Aufklärung, der in Kamenz seine Kindheit verbrachte.

Der Weg aus Berlin, den vermutlich auch Bundeskanzlerin Angela Merkel wählte, als sie Kamenz im Mai 2017 besuchte, mündet geradewegs in den nördlichen Teil der Stadt: Das Gewerbegebiet, in dem die Daimler-Tochter Accumotive vor zwei Jahren eine der größten und modernsten Batteriefabriken der Welt eröffnete. Hier wird unter anderem das elektrische Herz des EQCs gefertigt.

Steven Kinzel arbeitet als Systemverantwortlicher bei der Mercedes-Benz Energy.

„Wir arbeiten an der Zukunft der Mobilität“, sagt Steven Kinzel, „daran, dass Elektroautos für immer mehr Menschen eine Alternative zum Verbrenner werden.“ Der Elektroingenieur war bis 2017 bei der Accumotive angestellt und wechselte dann zu Mercedes-Benz Energy (MBE), einer hundertprozentigen Tochtergesellschaft von Daimler. Die erste Mission: gemeinsam mit alten und neuen Kollegen ein Konzept für einen Großspeicher aus der neuen Fahrzeugbatterie Generation zu entwickeln.

Mehr Stabilität im Stromnetz

Jens Liebold arbeitet im technischen Vertrieb der Mercedes-Benz Energy.

Speicherlösungen unterschiedlichen Typs gewinnen mit der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Denn sie tragen dazu bei, die volatile Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien auszugleichen und die Spannung in den Netzen konstant zu halten – eine Grundvoraussetzung dafür, dass die Netzfrequenz bei 50 Hz stabil gehalten wird. „In der Energiewirtschaft spricht man dabei von der so genannten Regelleistung“, erklärt Jens Liebold, technischer Vertriebsmitarbeiter der MBE. „Mit einer Regelleistung von rund 40 Megawatt , die unsere sechs bereits installierten Großspeicher bereithalten, lassen sich in Deutschland knapp zehn Prozent der insgesamt benötigten Regelleistung abdecken.“

Auch die Industrie interessiert sich für die Batteriespeicher aus Kamenz. Denn überall dort, wo energieintensive Prozesse stattfinden, können Fahrzeugbatterien das Lastmanagement optimieren und damit auch die Kosten. Jens Liebold: „Industriekunden zahlen einen über das Jahr konstanten Leistungspreis, der sich auf die maximal angeforderte Leistung bezieht. Speicher senken hier die Verbrauchsspitzen, in dem sie zum richtigen Zeitpunkt Energie einspeisen.“ Für viele Unternehmen macht sich die Investition in einen stationären Speicher daher schnell bezahlt.

Mit smart-Akkus zum Durchbruch

Für einen der ersten Speicher verwendete das Team gebrauchte smart-Elektrobatterien der 2. Generation. Er ging 2016 in Lünen ans Netz. „Die Akkus hatten eine Zulassung von vier Jahren, danach haben wir sie zurückgenommen und damit den weltweit größten Second-Use-Speicher gebaut.“ 1.000 Batterien schaltete das Team zu einer Gesamtkapazität von 13 Megawattstunden zusammen. Diese Energiemenge entspricht dem täglichen Strombedarf von 2.300 Haushalten. Jens Liebold erinnert sich an die herausfordernde Vorarbeit: „Wir haben damals absolutes Neuland betreten. Es gab nichts Vergleichbares, an dem wir uns hätten orientieren können. Das war schon sehr aufregend, als der Speicher dann tatsächlich stand und funktionierte.“

Bis es soweit war, hatte das Team bereits verschiedene Lösungen getestet. „Die EV-Batterie braucht wahnsinnig viele Informationen, um in einem Großspeicher zuverlässig zu laufen. Natürlich ist sie ursprünglich nicht dafür konzipiert, außerhalb des Fahrzeugs und dann auch noch mit anderen Batterien zu kommunizieren“, so Steven Kinzel. Die erste Herausforderung bestand also darin, ein zuverlässiges Batteriekontrollsystem für den Betrieb von parallel geschalteten EV-Batterien im Speicher zu entwickeln. Zusätzlich galt es, die Batterien gemäß Industrienorm für den Einsatz als stationären Speicher zu zertifizieren. Brandschutzaspekte waren dabei genauso wichtig wie eine geringe Fehleranfälligkeit: Als Back-up-Lösung im Stromnetz müssen die Systeme zu 100 Prozent ausfallsicher konzipiert sein. „In dieser Hinsicht sind Mercedes-Benz Energiespeicher aktuell Vorreiter. Sie laufen 365 Tage im Jahr durch, und darauf sind wir sehr stolz“, sagt Jens Liebold.

Der gemeinsame Erfolg, aber auch die überwundenen Hürden, der Zeitdruck und die manchmal hohe Arbeitslast haben das junge Team zusammengeschweißt. Bei der MBE kennt man sich, geht gemeinsam zum Mittagessen in die Kantine oder zum Grillen beim Kollegen. „Wir sind stolz auf das, was wir tun“, erzählt Matthias Knödler, der das Marketing der MBE verantwortet. „Es motiviert uns, in einem Bereich zu arbeiten, der zum Gelingen der Energiewende und der Elektromobilität beiträgt.“

Erfolgsfaktor Rohstoffeffizienz

Die erfolgreiche Premiere in Lünen bestätigte das neu entwickelte Geschäftsmodell: Werden Lithium-Ionen-Batterien nach dem Einsatz im Fahrzeug für weitere zehn Jahre in einem Großspeicher verwendet und vermarktet, verdoppelt sich ihr wirtschaftlicher Nutzen. Gleichzeitig verbessert die verlängerte Nutzungsphase die Ökobilanz der Akkus, denn die wertvollen Rohstoffe bleiben weiterhin im Kreislauf. „Entsorgung ist immer die schlechteste Alternative. Dieses Bewusstsein wollen wir konzernweit, aber auch bei unseren Kunden schärfen“, so Jens Liebold. Dazu arbeitet das Team aus Kamenz eng mit den Mannheimer Kollegen aus dem Remanufacturing, der Wiederaufbereitung von Fahrzeugbatterien, zusammen. „Batterien, die nicht mehr die Anforderungen für die Straße erfüllen können,eignen sich nicht für den Gebrauchtteilemarkt. Bei unseren Speichern fallen geringe Kapazitätsverluste dagegen nicht so sehr ins Gewicht, daher kommen diese Akkus zu uns.“ Umgekehrt liefert Kamenz Batterien, die als Ersatzteile in den stationären Speichern eingelagert werden.

Wellness für die Batterie

Bei der MBE hört die Entwicklungsarbeit derweil nicht auf. Gerade hat das Team die letzten Detailarbeiten am jüngsten Batteriesteuerungssystem abgeschlossen, das nun den ersten Dauertest bestehen muss. Ziel ist es, eine standardisierte Lösung auf den Markt zu bringen, in der EV-Batterien unterschiedlichen Typs mit möglichst wenig Anpassungen verbaut werden können – eine Art „Plug-and-Play“-System für Großspeicher. Das senkt nicht nur den Aufwand für das Entwicklerteam, sondern hat auch einen weiteren praktischen Effekt: Als lebende Ersatzteillager bevorraten stationäre Speicher die von Accumotive produzierten Elektrobatterien, bis sie zur Montage im Fahrzeug benötigt werden. Strang an Strang kämen künftig EQC-, smart- und Plug-In-Hybridbatterien aus verschiedenen Generationen in einem einzigen Großspeicher zum Einsatz. Das regelmäßige Be- und Entladen der Akkus wirkt dabei wie eine Frischzellenkur: Es sorgt dafür, dass die empfindlichen Zellen auch über Monate nichts von ihrer ursprünglichen Ladekapazität verlieren.

Parallel zur Fertigstellung der serienreifen Speicherlösung zeichnen sich bereits die nächsten Einsatzfelder ab: Wenn in Deutschland bis 2022 erst die verbleibenden sechs Atomkraftwerke und bis 2030 ein Großteil der Kohlekraftwerke vom Netz gehen, entstehen für die Energieversorger neue Herausforderungen in puncto Netzstabilität. „Wie Speicher beschaffen sein müssen, um diese Anforderungen zu erfüllen, untersuchen wir gerade gemeinsam mit unseren Entwicklungspartnern aus der Energiebranche“, erzählt Jens Liebold.

Gleichstrom für die CO2-neutrale Fabrik

Und auch bei der von Daimler verfolgten Vision, die Produktion in allen europäischen Werken bis 2022 CO2-neutral zu gestalten, könnten Lithium-Ionen-Akkus eine Schlüsselrolle spielen. Der Hintergrund: Viele Industriekunden benötigen Gleichstrom (auch: DC-Strom), um beispielsweise Elektromotoren, elektronische Steuergeräte, Computer und LED-Lampen zu betreiben. Folglich wird der Wechselstrom (AC-Strom) aus dem Netz teilweise über mehrere Stufen umgewandelt – dabei geht Energie verloren. Eine DC-Energieversorgung würde mindestens eine Wandlungsstufe sparen und wäre somit deutlich effizienter. „Dies gilt vor allem dort, wo Werke ohnehin mit Gleichstrom aus einer lokalen Photovoltaik-Anlage versorgt werden. Im Forschungsprojekt DC Industrie untersuchen wir gemeinsam mit der Daimler AG und verschiedenen Partnern unter anderem, wie sich ein solches lokales DC-Netz mithilfe eines Batteriespeichers stabilisieren lässt“, erklärt Steven Kinzel. Gemeinsam mit 20 Unternehmen aus der Industrie, vier Forschungsinstituten und dem Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) arbeitet Daimler an industriellen Gleichstromkonzepten. Eines davon wird seit Oktober 2018 auf dem Gelände der konzerneigenen TecFabrik getestet. „Auch hier sind wir übrigens in der Entwicklung ganz vorne mit dabei. Eine DC-Versorgung im Produktionsumfeld wurde bislang noch nicht umgesetzt.“

Die neuartigen Speicherkonzepte aus Kamenz, aber auch die Energiewende erweitern das Spektrum der möglichen Anwendungen. Künftig wird es insbesondere darum gehen, den punktuellen Mehrbedarf an Strom auszugleichen, der durch eine wachsende Elektrofahrzeugflotte entsteht. „Energienetze sind häufig nicht dafür ausgelegt, dass in einer Großstadt plötzlich an verschiedenen, zentralen Punkten Megawattleistungen zum Schnellladen von Elektrofahrzeugen angefordert werden“, so Steven Kinzel. Batteriespeicher in Nähe der Ladestationen könnten das Netz für solche Vorhaben stützen. Ähnliches gilt für den öffentlichen Nahverkehr: Elektrobusse beispielsweise müssen vor allem schnell mit großen Mengen Energie versorgt werden, um trotz hoher Ladekapazität ausreichend viel Zeit auf der Straße zu verbringen. Speicher in den Busdepots könnten diese Ladeleistung zur Verfügung stellen und zugleich teure Lastspitzen ausgleichen.

„Nicht zuletzt eröffnen IoT-Anwendungen und Cloud-Technologien die Möglichkeit, Tausende von Speichern flächenverteilt in einem Gesamtsystem zu betreiben“, sagt Jens Liebold mit Blick auf die künftigen Entwicklungsaufgaben. Bis dahin gibt es noch viel zu tun. Das Team in Kamenz fühlt sich darauf gut vorbereitet. „Wir sind ein kleiner Standort, wo jeder Mitarbeiter auch über den eigenen Schreibtisch hinaus sehr viel mitbekommt und Spaß daran hat, gemeinsam etwas zu bewegen“, sagt Matthias Knödler. „Für die Aufgaben, die vor uns liegen, ist das ein entscheidender Vorteil.“

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¹ Mercedes-Benz Kunden wird beim Kauf eines EQC ein Batteriezertifikat ausgehändigt. Es garantiert eine einwandfrei funktionierende Hochvolt-Batterie bis zu einer Laufzeit von 8 Jahren oder einer Laufleistung von 160.000 Kilometer.

² https://media.daimler.com/marsMediaSite/de/instance/ko.xhtml?oid=13634457&ls=L3NlYXJjaHJlc3VsdC9zZWFyY2hyZXN1bHQueGh0bWw_c2VhcmNoU3RyaW5nPWx1ZW5lbiZzZWFyY2hJZD0wJnNlYXJjaFR5cGU9ZGV0YWlsZWQmYm9yZGVycz10cnVlJnJlc3VsdEluZm9UeXBlSWQ9NDA2MjYmdmlld1R5cGU9bGlzdCZzb3J0RGVmaW5pdGlvbj1QVUJMSVNIRURfQVQtMiZ0aHVtYlNjYWxlSW5kZXg9MCZyb3dDb3VudHNJbmRleD01&rs=0

³ https://www.produktion.de/technik/warum-die-fabrik-der-zukunft-mit-gleichstrom-laeuft-121.html

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