Die Automobilindustrie setzt zunehmend auf alternative Antriebssysteme. Doch mangelt es vielfach noch an Standard-Test- und Prüftechnik für Lithium-Ionen-Batterien und Brennstoffzellentechnik, wie das 6. Symposium bei Vötsch zu diesem Thema gezeigt hat. Gleichzeitig sind alternative Methoden und Ansätze gefragt.
Sabine Koll, Journalistin
Die Anforderungen an ein Brennstoffzellen-System und seine Komponenten im Antriebsstrang sind hoch: So muss es nach den Vorgaben des Department of Energy (DOE) bei einer Umgebungstemperatur von – 20 °C innerhalb von 30 s einen Kaltstart hinlegen. Außerdem muss es auf mindestens 5.000 Stunden Lebensdauer mit weniger als 10 % Verlust bei der Nennleistung kommen.
„Dies ist nur machbar, wenn während der Entwicklung und der Optimierungsphase ausgedehnte Tests durchgeführt werden“, stellte Dr. Alexander Kabza klar, Fachgebietsleiter Brennstoffzellensysteme am ZSW Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung.
Die Themen Zuverlässigkeit, Nutzbarkeit und Sicherheit sind aus seiner Sicht alle gelöst. Allerdings sei der Brennstoffzellen-Stack nur eine Komponente, die im Zusammenspiel mit vielen Aggregaten außen herum getestet werden müsse. Dazu gehören Pumpen, Kompressoren, die Stöchiometrie oder auch die Gasfeuchte. Die entscheidenden Fragen seien: Welche Parameter haben welchen Einfluss auf die Leistung des Stacks? Und welcher Parameter ist wie dynamisch? Kabza: „Dafür bedarf es in Zukunft stärkerer harmonisierter Testprozeduren, da sich Brennstoffzellen schließlich immer noch in der Entwicklung beziehungsweise Weiterentwicklung befinden und es nun um die Lebenszykluskosten geht“ Das ZSW hat deshalb einen sechsstufigen Plan für Brennstoffzellentests definiert, an dessen Ende ein Dauerlauf mit harmonisierten dynamischen Lastprofilen steht.
„Der Prozess des Prüfens kommt in der Automobilindustrie zunehmend auf den Prüfstand“, machte Dr. Ulrich W. Schiefer, Geschäftsführer des Beratungsunternehmens Attrack den Besuchern des Symposiums deutlich: Während früher Tests fast ausschließlich auf der Straße oder auf dem Nürburgring stattfanden, konzentrieren sich Automobilhersteller heute weitgehend auf Prüfstände, auch unterstützt durch die rechnergestützte Simulation. Dabei gibt es neue Herausforderungen – etwa durch die starke Vernetzung im Fahrzeug. Dafür kommen auf Prüfständen Restbussimulationen zum Einsatz, die Tests und Simulation miteinander verbinden. „Der Trend zum Gesamtfahrzeugversuch hat durch die Vernetzung und die Komplexität der Produkte wieder zugenommen“, so Schiefer. So ist in den USA das sogenannte In-use-Testing – also auf der Straße – für den Nachweis von Emissionen bereits gesetzlich verankert.
„Außerdem wird Autofahrer zunehmend zum Tester, indem er etwa die Verbrauchsangaben der Hersteller überprüft und diese Ergebnisse etwa über soziale Netzwerke öffentlich macht. Dies wird auf Dauer das Testing verändern“, betont Schiefer überzeugt. „Smartphones mit Apps zur Messung etwa von Akustik oder Beschleunigung verändern das Spiel zusätzlich: Der Kunde hinterfragt sein Fahrzeug, er wird mündig.“ Diese Entwicklungen führen nach Ansicht des Beraters dazu, dass die Erfahrungen von der Straße ins Labor portiert werden und von dort wieder zurück. So lassen sich bereits im Labor die per Internet-Verbindung übertragenden Testdaten analysieren, wenn sich das Fahrzeug noch auf der Teststrecke befindet. Schiefer: „Die Grenzen zwischen Tests auf der Straße, Tests im Labor und der numerischen Simulation verschwinden.“
Was Prüftechnik 2.0 bedeuten kann, machte Nils Stentenbach deutlich, Geschäftsführer der Bochumer Voltavision. Der Entwicklungs- und Testdienstleiser verfügt in seinem Prüflabor über mehrere Prüfstände von Vötsch, die er so intelligent programmiert hat, dass nicht die kryptischen Testdaten an die Kunden gehen, sondern die ausgewerteten Ergebnisse – und dies quasi in Echtzeit. „Der Kunde will schließlich nicht testen, sondern will Ergebnisse zu Fragen wie: Funktioniert die Batterie? Wie entwickelt sich die Performance? Und wie der Ladezustand?“, so Stentenbach.
Seine Kunden finden es vor allem cool, dass sie auf Wunsch über ihren Internet-Browser live bei Prüfungen dabei sein können. „Er bekommt sofort mit, wo es klemmt und kann sofort im Entwicklungsprozess reagieren. Dies bringt einen enormen Zeitgewinn.“ Um die Sicherheit der Daten zu gewährleisten, hat Voltavision nicht nur die Gesamtheit der Prüfstände mit einer Firewall versehen, sondern auch jeden einzelnen Prüfstand. Dabei bleibt die übergeordnete Steuerung, der sogenannte Prüfstandswächter, in der Hand von Voltavision. Auf diesen können sich die Mitarbeiter des Unternehmens auch remote per Smartphone oder Tablet aufschalten – um etwa am Wochenende zu überprüfen, ob die Batterietests problemlos laufen.
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