Lithium-basierte Akkupacks erzeugen die Nominalspannung durch Serienschaltung und verfügen daher über ein Balancing-System. Um jede einzelne Batteriezelle überwachen zu können und einen langlebigen Betrieb der Batterie sicherzustellen, ist oftmals ein BMS erforderlich. Auch das Gerät, in dem der Akku zum Einsatz kommt, wird hierzu bei Bedarf mit einbezogen. Über Feldbus-Systeme wie CAN-Bus, SM-Bus, PM-Bus, I2C und andere kommunizieren hochwertige Akkus obendrein mit ihrem Ladegerät und tauschen Informationen wie Stromfluss, Spannung, Restkapazität, Temperaturen und Ladezyklen aus. Mit dem „Battery-Intelligence-Konzept“ geht Ansmann nun den nächsten Schritt bezüglich des Kommunikationsverhalten und der Konnektivität von Akkupacks.

Battery-Intelligence-Offensive

Im Segment „E-Bike/E-Mobility“ entwickelt Ansmann smarte, integrierte Antriebssysteme – bestehend aus Akkupack, Steuereinheit, Antrieb und Display. Seit einigen Jahren verfolgt das Unternehmen dabei auch die smarte und drahtlose Anbindung seiner Akkusysteme an die externe Datenwelt.

Bild 1: Das Battery-Intelligence-Konzept sieht vor, Akkus drahtlos mit der Cloud zu verbinden und über Smartphone-App zu überwachen.

Bild 1: Das Battery-Intelligence-Konzept sieht vor, Akkus drahtlos mit der Cloud zu verbinden und über die Smartphone-App zu überwachen. Ansmann

Je nach Bedarf kann diese Verbindung auf sehr unterschiedlichen Kommunikationsstandards basieren: Erste Entwicklungsprojekte der OEM-Abteilung des Unternehmens integrierten IE-802.11- und Industrie-Wi-Fi-Verbindungen, um das Akkupack und das Gerät in lokale WLAN-Netze einzubinden. „Bluetooth-Akkus“ senden ihre Daten bereits an die Smartphone-Apps ihrer Fuhrparkmanager (Bild 1). Mobilfunkschnittstellen, wie GSM-2G, D-/E-Netz, 2.5GEdge, 3G-UMTS und 4G-LTE, ermöglichen ab sofort die direkte Einbindung der Fahrzeugdaten in eine Cloud. Satellitengestütztes GPS-Tracking macht zusätzlich, selbst mit kostengünstigen Lösungen, Ortung auf unter einem Meter Genauigkeit möglich. Spätestens wenn 5G flächendeckend verfügbar ist, soll es darüber hinaus möglich sein, Local-Area-Networks und Mobilfunk-Netze mit ein und demselben Kommunikationsstandard zu betreiben und nahtlos zu kombinieren.

Das Positive daran: Durch Kombination der Akkusysteme mit solchen Funkschnittstellen haben sie ein großes Potenzial, die Elektromobilität für alle Beteiligten deutlich komfortabler und ausfallsicherer zu machen. Je nach eingesetzter Datenverbindungstechnologie und programmierten Funktionen des Kommunikationssystems unterstützen sie dabei primär den Benutzer, den Fuhrparkmanager oder den Hersteller des E-Fahrzeugs. Da die unterschiedlichen Funknetze durch Standards so definiert sind, dass sie sich nicht stören können, sind auch beliebige Kombinationen der Kommunikationstechnologien möglich.

So ist beispielsweise die Herausforderung des kombinierten In- und Outdoor-Einsatzes, zum Beispiel bei elektrischen Rollstühlen lösbar, indem – wie vom Smartphone bestens bekannt – Wi-Fi- und Mobilfunknetz in Kombination zum Einsatz kommen. Ebenso lässt sich Bluetooth-Nahfeldkommunikation parallel zu einer zentralen Cloud-Anbindung in das BMS integrieren, wenn eine App für die Wartung des Akkus gewünscht ist.

Bild 2: Trotz geringer Größe, verfügen die Akkus im Inneren über die notwendige Technologie zur Verbindung mit der Cloud.

Bild 2: Trotz geringer Größe, verfügen die Akkus im Inneren über die notwendige Technologie zur Verbindung mit der Cloud. Ansmann

Nicht einmal der chronische Platzmangel bei Akkuprojekten hat sich bislang als limitierender Faktor erwiesen (Bild 2): Selbst die Nachrüstung konventioneller Akkupacks durch noch intelligentere Packs mit externen Kommunikationsschnittstellen auf dem Board, stellte bisher wegen der geringen Baugröße der marktgängigen Kommunikationsmodule kein Problem dar.

Konkrete Anwendungen intelligenter Akkus in der Elektromobilität

Für den einzelnen Fahrer eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb ist die Akku-App die wohl augenfälligste Innovation. Denn die Nahfeld-Verbindung via Bluetooth aufs Smartphone unterstützt die Ladestandsüberwachung und Reichweitenprognose. Technische Grundlage ist die „Bluetooth-Direct-Connect“-Industrieanwendung von Ansmann, die auch in verschiedenen anderen elektronischen Geräten mit smartem Antriebs-Monitoring- und Steuerungsbedarf (wie zum Beispiel in E-Rollern oder E-Rasenmäher-Robotern) zum Einsatz kommt.

Eck-Daten

Hochwertige Akkus kommunizieren über verschiedene Feldbus-Systeme mit ihren Ladegeräten und tauschen hierbei eine Vielzahl an Informationen aus. Durch die smarte und drahtlose Anbindung von Akkus im Rahmen des „Battery-Intelligence-Konzepts“ an die externe Datenwelt (Cloud) stehen nun insbesondere im Bereich der Elektromobilität zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die gesammelten Daten können über eine App auf dem Smartphone abgerufen werden und liefern neben Möglichkeiten des Trackings auch Informationen zu Energieverbrauch oder Restreichweite des E-Fahrzeugs. Weitere gute Gründe, weshalb Akkus online gehen sollten, erläutert Ansmann im Beitrag.

Die mit passenden Apps ausgerüsteten Fahrer und Fahrerinnen von Elektrofahrzeugen profitieren dabei von präzisen, situativ angepassten Ladestands- und Reichweitenanzeigen. So warnt die App, wenn es erforderlich ist, energiesparender zu fahren, um das Ziel noch erreichen zu können oder wenn der Akku bei knalliger Sonne zu überhitzen droht. Auch wenn nach dem Winter oder längerer Nutzungsdauer ein neuer Akku notwendig wird, erfolgt hierzu eine Mitteilung. Zudem kann der Fahrer, sei es in der Wohnung, beim Ausflug ins Grüne oder gemütlich im Biergarten nebenan, jederzeit remote abrufen, ob der Füllstand seines Akkus für die nächste geplante Etappe ausreicht. Ein Komfort, der weit über dem liegt, was eine am Fahrzeug statt am Akku fixierte Anwendung bieten könnte.

Bild 3: Verschiedene Akkupacks maschinelle nach Anzahl der Zellen sortiert.

Bild 3: Verschiedene Akkupacks maschinell nach Anzahl der Zellen sortiert. Ansmann

Idealerweise kombinieren die Hersteller elektrischer Mobilitätshilfen diese Connectivity-Möglichkeiten dann noch mit besonders leichten Antriebs- und Akkuanwendungen. Auch für E-Bikes oder Fahrzeugtypen wie beispielsweise Rollstühle, bei denen es meist weniger auf die Reichweite als auf Flexibilität ankommt, sind die Connectivity-Anwendungen geeignet. Hier können in Verbindung mit der App auch besonders leichte Akkupacks für mehr Bewegungsfreiheit sorgen (Bild 3). Die Tracking-Funktion per GPS kommt dem Nutzer sogar direkt zu gute – sei es als Notfall-Feature, zum Beispiel im medizintechnischen Segment der elektrischen Mobilitätshilfen oder als Diebstahlsicherung für den wertvollen Akku.

Servicetools für den Fuhrparkmanager

Für den Fuhrparkmanager und Bike- oder Scooter-Pool-Betreiber bietet die App angepasst an dessen Business-Modell weitere Vorteile. Schon die von Ansmann – in neutralem Design – zur Verfügung gestellte und vorprogrammierte Standard-App hält eine Reihe sinnvoller Funktionen bereit: Mit ihrer Hilfe erfasst der Fuhrparkservice bei der Wartung Seriennummer und Herstelldatum und auch die Zahl der Ladezyklen der Akkus seiner Elektroflotte. Er ermittelt den Verschleiß beziehungsweise die noch verbleibende Restleistung und kann die jeweils noch aktuell im Akku vorgehaltene Leistung ablesen. So kann er auch mittelfristig sicher gewährleisten, dass kein Kunde oder Kurierfahrer plötzlich nach wenigen Kilometern – im wahrsten Sinn des Wortes – auf der Strecke bleibt. Nach der Winterpause oder auch bei starker Nutzung der Bikes, sind solche remoten Warnfunktionen eine große Hilfe. Die ersten E-Bike-Verleihpartner haben die von Ansmann mit allen wichtigen Grundfunktionen ausgestattete Standard-App bereits im Einsatz.

Connectivity-Experten des Unternehmens Comodul haben diese als ungebrandetes White-Label entwickelt und stellen alle wichtigen Funktionen zur Akku- und Reichweitenüberwachung bereit. Sie lässt sich jedoch auch von Fahrradherstellern zu Marketingzwecken individuell branden oder erweitern. Der Akku mit GPS-Modul kann außerdem für die Verleiher von E-Bikes und E-Scootern sehr nützlich sein, denn Tracking der Akkus und Scooter als Diebstahlssicherung und die daraus resultierende Wiederauffindbarkeit der wertvollen Bikes und Akkupacks kann Kosten und Versicherungsgebühren senken.

Eine GSM-Verbindung ermöglicht es, je nach Business-Modell und Größe des Verleihs, oder aus Sicherheitsgründen, Kontakt zum Energiespeicher des Fahrzeugs zu halten und diesen in der Cloud zu überwachen. Attraktive Anwendungsfälle und Fernwartungsoptionen ergeben sich hierdurch beispielsweise für Logistik-E-Flotten auf den Straßen oder für Verleiher von floatenden E-Fahrzeugen. Die Nutzer können diese nun dezentral abstellen, so dass es nicht nötig ist, die Fahrzeuge an eine feste Wartungsposition zurückzubringen.

Support-Unterstützung für den Hersteller

Mindestens ebenso große Vorteile bietet der Einsatz von Connectivity-Lösungen den Herstellern von Fahrzeugen. Jenseits der App-Anwendungen, die immer ein Endgerät in der Nähe zum Ablesen benötigen, suchen Hersteller hochwertiger Fahrzeuge mit Elektroantrieb explizit nach Lösungen, um mit ihren Fahrzeugen im Markt – und draußen auf den Straßen – dauerhaft nahtlos verbunden zu bleiben.

Sie erhalten nun bei entsprechendem Business-Modell die Möglichkeit, die Akkus ihrer Fahrzeuge im Pool mit Hilfe von mit Funk-Standardschnittstellen ausgestatteten Packs wie den Ansmann „Connected-Mobile-Power-Packs“ (CMPP) mit GSM-Schnittstelle kontinuierlich zu überwachen und remote zu warten. Das CMPP bietet Herstellern, die ihre Elektrofahrzeuge vernetzen möchten, je nach Bedarf und Netzpräferenz all jene Funk-Schnittstellen, die sie für Tracking, Sicherheitsfunktionen und auch Fernwartung der Akkus der Fahrzeugflotte ihrer Kunden benötigen – ohne dass diese oder die Nutzer eine App in Einsatz bringen müssten.