Batteriepass für Industrie- und Pkw-Akkus wird erster digitaler Produktpass in der EU

Aktuell laufen die letzten Vorbereitungen zur Umsetzung der neuen EU-Batterieverordnung auf Hochtouren. Denn sobald EU-Kommission und EU-Rat sie beschlossen haben, tritt sie mit Umsetzungsfristen für die Industrie in Kraft. Geist und Mission der neuen Verordnung ist, dass Batterien länger zum Einsatz kommen und sich am Ende von ihrem Lebenszyklus so weit wie technisch möglich recyceln lassen. Die EU möchte so den CO₂-Fußabdruck von Batterien senken und ihren Wertstoffkreislauf (Zirkularität) in der EU unterstützen.

Spätestens 42 Monate nach dem Inkrafttreten der Batterieverordnung benötigen alle neu in der EU auf den Markt gebrachten Industrie- und Traktionsbatterien mit einer Kapazität von über zwei kWh einen Batteriepass. Die Summe aller Treibhausgase, die in einem Produkt von der Herstellung, über die Nutzung bis hin zur Entsorgung emittiert werden, sollen zukünftig in dem „Digitalen Produktpass“ für Batterien dokumentiert werden. Die Hersteller sind dann zu Angaben über den CO₂-Fußabdruck ihrer Produkte verpflichtet. Zudem müssen sie voraussichtlich viel mehr Daten als bisher über den gesamten Lebenszyklus ihrer Batterien speichern und für die Auswertung berechtigten Personenkreisen zugänglich machen. Die Vorbereitungen darauf haben in der Industrie bereits begonnen. Der Batteriepass eröffnet der Marktaufsicht der Länder, aber auch Verbraucher*innen, neue Möglichkeiten zur Überprüfung des Batteriezustands.

DKE Innovation Campus 2023 – Speichertechnologien

Speichertechnologien haben für die Elektrifizierung von Gebäuden, Industrie, Verkehr und Gesellschaft eine große Bedeutung. Und genau deshalb standen die verschiedenen Energiespeichertechnologien im Mittelpunkt der Veranstaltung. #Zuhören, #Mitreden, #Mitgestalten und #Respekt – das Credo nicht für diesen einen Tag. Für die Normung. Für uns als Gesellschaft. Für die Vision der All Electric Society.

Was Verbraucher und Marktaufsicht sowie Käufer von gebrauchten Batterien künftig wissen und prüfen dürfen, erarbeitet seit April 2022 das Battery Pass-Konsortium. Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), beraten aktuell elf Partnerorganisationen und assoziierte Institutionen aus Industrie und Wissenschaft darüber, welche technischen Daten relevant sein sollen und wie sie im Batteriepass niederzulegen sind. Das Konsortium soll für die Umsetzung des Batteriepasses branchenübergreifende Inhalte und technische Orientierungen gemäß den Anforderungen der EU-Batterieverordnung erarbeiten und diese in einem Pilotprojekt demonstrieren.

Vor allem soll der Batteriepass eine bessere Datenverfügbarkeit entlang der Wertschöpfungskette und über den kompletten Lebenszyklus von Batterien gewährleisten. Dadurch soll er einen ökologischen, sozialen, sozioökonomischen und ökonomischen Mehrwert für alle Stakeholder bieten. Das Konsortium, dem in der Kerngruppe neben Audi, BMW und BASF auch acatech, SystemIQ und das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) angehören, soll folgende Fragen klären:

• Welche Batteriedaten werden künftig benötigt?
• Wie und von wem sind sie wann und wo zu speichern?
• Wer kann wie auf die Daten zugreifen?
• Wie wird die Sicherheit des Datenzugriffes gewährleistet?
• Wie können Lösungen bestehende, aber auch neue Systeme integrieren?
• Wie ist die Lösung umsetzbar und verständlich kommunizierbar?
• Welche Vorteile bietet sie allen Stakeholdern entlang der Wertschöpfungskette, demonstriert durch Use Cases.

VDE Renewables ist als Industriepartner assoziiert und im Unterauftrag tätig sowie DKE und DIN als Normungsorganisationen beratend eingebunden. Ein Vertreter der DKE engagiert sich darüber hinaus im Beirat des Projektes.

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Der Batteriepass ist eine der ersten konkreten Anwendungen für einen Digitalen Produktpass. Im Rahmen ihres Green Deals möchte die EU-Kommission erreichen, dass Produkte im Binnenmarkt während ihres gesamten Lebenszyklus nachhaltiger und zuverlässiger konstruiert werden. Sie sollen künftig einfacher wiederverwendet (reused, beziehungsweise repurposed), nachgerüstet, einfacher gewartet, aufgearbeitet (refurbished) oder ihre Materialien recycelt werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die Hersteller Informationen zum Herstellungsprozess, den dabei emittierten CO₂-Emissionen, den verwendeten Materialien und deren Recyclingfähigkeit im digitalen Produktpass dokumentieren. Bei Elektrogeräten könnten darüber hinaus der Stromverbrauch bei der Nutzung sowie Hinweise zur Wartung und Reparatur im Batteriepass hinterlegt werden.

Aktuell beraten zahlreiche Institutionen, wie ein Digitaler Produktpass umgesetzt werden soll. Bei einigen Produkten könnten die Hersteller bspw. einen QR-Code aufbringen, der zu den Daten in einer Cloud verlinken. Bei elektronischen Geräten könnte der Produktpass in Form eines internen Speichers umgesetzt werden, der auch Nutzungsdaten sowie solche zum Zustand einzelner Komponenten aufzeichnet.

Daten zur Produktion und Auslegung der Batterien

Zurzeit analysiert das Battery Pass-Konsortium, welche technischen Ansätze es für die Umsetzung gibt und welche sich besonders eignen. Dabei betrachtet es auch die Vorarbeiten der Partner und der assoziierten Organisationen wie VDE und DKE.

Schon länger laufen die Entwicklungen auf digitale Produktinformationen hinaus, wie das Digitale Typenschild für die Anwendung in der Industrie 4.0. Wegweisend sind auch die Vorarbeiten von VDE und DKE für die Verwaltungsschale, die einst auch digitale und maschinenlesbare Normen aufnehmen könnte. Viel entscheidender als die technische Lösung sind aber die Diskurse, welche Daten die Hersteller bereitstellen müssen. Unstrittig dürfte sein, dass alle verwendeten Materialien, beginnend mit deren Gewinnung und Verarbeitung mitsamt ihren CO₂-Emissionen zu dokumentieren sind. Insbesondere sollen damit auch Lieferketten überwachbar werden, um Kinderarbeit oder Umweltverschmutzung in Rohstoff produzierenden Ländern zu unterbinden.

Strittiger sind hingegen Informationen, die Auskünfte über die Konstruktion und Auslegung einzelner Komponenten einer Batterie geben. Beim Einsatz von Verbundmaterialien, die bei Batterien konstruktionsbedingt oft notwendig sind, kommt es darauf an, ob und vor allem wie sie am Lebensende einer Batterie recycelt werden können. Dafür benötigen Verwerter sicherheitsrelevante Informationen über die eingesetzten Chemikalien und Anleitungen für eine sichere Demontage.

Circular Economy – Normung als Rückgrat einer nachhaltigen gesamtwirtschaftlichen Produktion

Die Circular Economy (Kreislaufwirtschaft) ist das Gegenmodell zur Linearwirtschaft, die seit Beginn der Industrialisierung die weltweiten Wirtschaftsmodelle dominiert hat. Ziel dieser Circular Economy ist eine Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette, insbesondere mit Blick auf die endlichen Ressourcen des Planeten.

Normen und Standards helfen dabei, dieses Ziel schon bei der Produktion zu berücksichtigen.

Immer wichtiger sind Informationen, die eine Zustandsbestimmung für eine Zweitverwertung nach dem ersten Einsatz in Fahrzeugen oder der Industrie ermöglichen. Im Zentrum dabei steht der Zustand der Batterie, wenn sie beispielsweise zehn Jahre im Ersteinsatz war. Fachleute sprechen vom „State of Health“ (SoH), der bisher nur unzureichend definiert ist. Bis heute gebräuchlich wird die verbleibende Kapazität als ein wichtiges Teilkriterium angenommen. Das „End of Life“ wird heute für Fahrzeugbatterien definiert, wenn die Kapazität auf 70 bis 80 Prozent der Nennkapazität gefallen ist. Damit reicht diese jedoch immer noch aus, um sie beispielsweise als lokalen Zwischenspeicher einer Photovoltaikanlage einzusetzen.

Für die Bestimmung des SoH fordern Expertinnen und Experten weitere Parameter, als nur die Restkapazität zu messen. Neben dieser könnte künftig auch die Leistungsfähigkeit als weiteres Kriterium herangezogen werden. Darüber hinaus gibt es Erwägungen, durch „Event Tracking“ auch Zustandsereignisse während der ersten Nutzungsphase zu dokumentieren. Denn eine Batterie, die immer in einem optimalen Betriebszustand eingesetzt wird, altert langsamer als eine, bei der durch falschen Gebrauch häufige Überlastungen zur erhöhten Alterung führen.

Zahlreiche Parameter haben Einfluss auf die Batteriealterung

Unter Alterung verstehen Fachleute eine Verschlechterung der elektrochemischen Eigenschaften. Diese verändern sich mit dem Energiedurchsatz und den entsprechenden Ladezyklen. Hohe Leistungsanforderungen bei der Be- und Entladung der Batterie können eine hohe interne Wärmeentwicklung verursachen. Je höher die Temperatur, umso geringer ist die zu erwartende Lebensdauer. Je nach Anwendung und beispielsweise Witterungsbedingungen ist deshalb eine Vorkonditionierung vor dem Laden notwendig:

• im Sommer eine aktive Kühlung und
• im Winter eine Vorerwärmung.

Die Kapazität nimmt jedoch auch bei der Vorkonditionierung mit der Zeit ab; wenn auch langsamer. Es kommt zu einem Anstieg des Innenwiderstands und einer entsprechenden Leistungsabnahme. Extreme äußere Temperaturbedingungen und die Qualität des Herstellungsprozesses sowie der verwendeten Komponenten haben Einfluss auf die Alterung und können diese stark beeinflussen.

Lithium-Ionen-Akkus: Kompendium und Praxisleitfaden für Hersteller, Entwickler und Anwender

Lithium-Ionen-Akkus verfügen über zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten – von tragbaren Geräten über die Elektromobilität bis hin zu stationären Heimspeichern. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Akkus: eine deutlich höhere Energiedichte. Li-Ionen-Akkus sind allerdings nicht ganz unproblematisch.

Das VDE Kompendium sowie eine Risikoeinschätzung für Lithium-Ionen Speichermedien bieten allen Interessierten einen guten Einstieg in dieses Thema.

Das Konsortium berät noch bis Mitte 2025, welche Kriterien sie aufnehmen wollen und wie diese ausgestaltet sein sollen. Insgesamt stehen über 50 Metriken im Fachdiskurs. Vor allem Metriken, die ein Event Tracking erforderlich machen, sind noch umstritten. Wichtige Parameter für die Zyklenlebensdauer sind z. B. die Entladetiefe, Depth of Discharge (DOD), und der Ladezustand (State of Charge, SOC). DOD gibt die Entladetiefe und SOC den Ladezustand bezogen auf die Gesamtkapazität der Batterie an.

Um die Batterie-Lebensdauer zu erhöhen, begrenzen die Hersteller bereits die nutzbare Kapazität und geben damit die DOD vor. Die Batterie wird dann mit Teilzyklen zwischen 10 und 80 Prozent der Ladekapazität betrieben, was die Lebensdauer erhöht. SOC ist eine Metrik, die über die erste Nutzungsphase essentielle Informationen für den zweiten Einsatz dokumentiert und damit Hinweise über die mögliche Lebensdauer gibt.

DKE und VDE arbeiten an einer Vornorm für die Second Life-Nutzung von Batterien

DKE Batterieexpert*innen arbeiten zusammen mit VDE Renewables ergänzend zum Battery Pass-Konsortium in Arbeitsgruppen an der Weiterentwicklung der nationalen und europäischen Normen. Der Arbeitskreis DKE/AK 371.1.14 erarbeitet eine Vornorm für die Zweitverwertung von Fahrzeug- und Industriebatterien. So wollen die Fachleute neue Prüfanforderungen ausarbeiten, wie der SoH von gebrauchten Batterien zu ermitteln ist, bevor sie für ein Second Life zugelassen werden können. Darüber hinaus gründen VDE und DKE zurzeit einen weiteren Arbeitskreis (DKE/AK 371.0.16), um bereits absehbare Regulierungslücken im Batteriepass zu schließen. Als übergeordnete Schnittstelle sollen Standards zur einheitlichen Datenermittlung entwickelt werden.

Normungsgremium DKE/K 371 Akkumulatoren

Aufgabenbereich des DKE/K 371 ist die Erarbeitung von Normen für die Sicherheitsanforderungen von wieder aufladbaren (sekundären) Batterien, Batteriezellen und Batteriesystemen beteiligt.

Zudem ist das Komitee für Produktnormen aller Anwendungsbereiche zuständig, wie beispielsweise stationäre Speicher, Starterbatterien, Traktionsbatterien, Flugzeugbatterien, aber auch für Batterien in Elektrostraßenfahrzeugen, Pedelecs und portablen Anwendungen.

Die Zweitverwertung und Nachnutzung von großen Batterien ist eine Grundvoraussetzung für eine nachhaltige E-Mobilität in der Zukunft. Denn die Batterien in Elektrofahrzeugen verursachen im direkten Vergleich zu Verbrennern bei der Produktion deutlich mehr CO₂. Erst mit einer langen Nutzungszeit nivelliert sich der Nachteil. Ein umfassendes Konzept für eine Kreislaufwirtschaft erfordert eine vollständige Transparenz der Lieferketten beziehungsweise die Nachverfolgbarkeit über den kompletten Lebenszyklus.

Die Circular Economy umfasst daher sowohl die Instandhaltung als auch nachgelagert das Recycling, also Sortierung, Aufarbeitung und Wiederverwendung der verbauten Rohstoffe. Das gilt vor allem für seltene und teure Rohstoffe wie Cobalt, Nickel, Mangan und Lithium. Die energieintensive Verarbeitung, vor allem die Zellproduktion und die Rohstoffe, belasten den CO₂-Fußabdruck der Batterien, da sie aufwendig und mit einen hohen Energieeinsatz und Wasserverbrauch gewonnen und transportiert werden.

Ein integriertes Lebenszyklusmanagement muss deshalb bereits bei der Gewinnung und dem Produktdesign ansetzen. Auch in der Produktion selbst gibt es weitere große Potenziale für die Wiederverwendung einzelner Komponenten. Angefangen beim Design, das ein späteres Recyclen genauso einplant wie eine Wiederverwendung (Re-Use) oder eine Reparierbarkeit, gilt es, die heutigen und künftigen technologischen Möglichkeiten zu nutzen, um möglichst wenige neue Rohstoffe zu verbrauchen.

Noch ist sehr viel Dynamik bei der Entwicklung normativer Grundlagen für das Lebenszyklus-Management von großen Fahrzeug- und Industriebatterien. Das Ziel aber ist allen Akteuren klar: Angesichts von Millionen Batterien, die voraussichtlich ab 2030 für den Industrie und Fahrzeugeinsatz ausgemustert werden, muss eine Kreislaufwirtschaft etabliert werden.

Eine Studie des World Economic Forum (WEF) schätzt, dass bei einem nachhaltigen Batterie-Kreislauf die Emissionen bei einem Elektroauto gegenüber einem Verbrenner auf weniger als 50 Prozent sinken könnten. Wird eine Batterie nach zehn Jahren im Ersteinsatz weitere Jahre in einer Zweitverwertung genutzt und anschließend die wertvollen Rohstoffe komplett recycelt, könnte die E-Mobilität künftig deutlich nachhaltiger werden.

Components & Technologies konzentriert sich auf Bauteile, Komponenten und Materialien, die in unterschiedlichsten Endprodukten verbaut werden und dort zur Anwendung kommen. Qualität und Eigenschaften der fertigen Produkte werden durch die eingesetzten Komponenten und Materialien entscheidend beeinflusst. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im