Publikation
Herstellerneutrale Integration eines Batterie-Energiespeicher-Systems in eine fähigkeitsbasierte Produktion
Julian Götz; Simon Lamoth; Martin Ruskowski
In: VDI-Automation – Kongress 2025. VDI Automatisierungskongress (AUTOMATION-2025), VDI Verlag GmbH, 2025.
Zusammenfassung
Batterie-Energiespeicher-Systeme (BESS) werden von produzierenden Unternehmen vor allem als Großspeicher auf der Standort- und Gebäudeebene eingesetzt. Sie ermöglichen u.a. eine effiziente Eigennutzung regenerativ vor Ort erzeugter elektrischer Energie sowie Netzdienstleistungen. Eine granulare, zielgerichtete Verteilung der gespeicherten Energie ist jedoch aufwendig. Die Autoren schreiben kleineren BESS, verortet auf der Maschinen- oder Anlagenebene innerhalb einer Produktion, Potenzial zu, einen Beitrag zu einer widerstandsfähigeren Produktionsdurchführung zu leisten: Auch wenn Ausfälle der Stromversorgung zumindest im deutschsprachigen Raum eher selten und von kurzer Dauer sind, kann ein dadurch ungeplantes, ungesteuertes Stillsetzen zu Schäden an Maschinen und Werkstücken führen (bspw. robotergestütztes Karosserieschweißen) oder zu nennenswertem Aufwand zur Wiederherstellung der Produktionsbereitschaft führen (bspw. Getränkeabfüllung, Prozesse mit umfangreicher Schritt-Synchronisation).
Bei einem BESS handelt es sich um ein aus mehreren Komponenten bestehendes System (Batterie, Vorladeschaltung, Batterie-Controller, Schutzschalter, Laderegler, Wechselrichter), oftmals von unterschiedlichen Herstellern und ohne einheitliche Kommunikationsschnittstellen bzw. -protokolle, was eine Integration in eine fähigkeitsbasierte Produktion[1] aufwendig macht. Um das skizzierte Potenzial zu heben, werden daher leistungsfähige Steuer- und Datenschnittstellen benötigt, mit denen sich die relevanten Abläufe einheitlich und herstellerneutral steuern und überwachen lassen.
In der geplanten Veröffentlichung soll daher eine semantische Beschreibungssystematik für den Aufbau eines OPC UA Informationsmodells eingeführt und ein fähigkeitsbasiertes Steuerungskonzept zum Betrieb eines BESS vorgestellt werden. Etablierte Standards (Companion Specifications) sollen dabei berücksichtigt werden. In diesem Kontext sollen auch der grundsätzliche Aufbau eines Niedervolt-BESS und die prinzipiellen Abläufe zwischen den Einzelkomponenten erklärt werden. Eine Asset Administration Shell (AAS) soll dabei im Sinne von Industrie 4.0 als digitales Typenschild fungieren und implementierungsunabhängige Informationen zu denen vom System angebotenen Fähigkeiten umfassen[2]. Außerdem werden die grundlegenden Paradigmen einer bzw. fähigkeitsbasierten Architektur zur Produktionssteuerung/-orchestration erläutert. Eine Art BatteriePass soll nicht konzipiert werden, auf diesbezügliche Entwicklungen jedoch eingegangen werden. Anhand eines realen Niedervolt-BESS, welches die Autoren im Demonstrationsmaßstab (5 kWh Speicherkapazität) aufgebaut haben, werden die Anwendbarkeit des Konzepts gezeigt und die Vorteile verdeutlicht.