Maßgeschneiderte Lithiumbatterien für Schwerlast-Förderlösungen in der Luftfahrt

Was macht eine kundenspezifische Lithiumbatterie für Luftfahrtanwendungen aus?

Eine kundenspezifische Lithiumbatterie ist ein Energiesystem, das auf die tatsächlichen Anforderungen der Maschine und ihres Betriebszyklus ausgelegt ist.

Anders als bei Standardlösungen werden Leistungsbedarf, Reichweite, verfügbares Layout, Gewichtsverteilung, Sicherheitsanforderungen, Steuerlogiken sowie die Integration von Ladegeräten, Motoren und Bordelektronik in die Entwicklung mit einbezogen.

In der Luftfahrt- und Heavy-Duty-Branche gewährleistet dieser Ansatz selbst unter härtesten Einsatzbedingungen mehr Zuverlässigkeit, Betriebskontinuität und Leistungskonstanz.

Multidirektionale Plattformen für die Luftfahrt: maßgeschneiderte Batterielösungen als Schlüssel

Ziel der Entwicklungsarbeit war eine selbstnivellierende multidirektionale Plattform, die als integraler Bestandteil der Montagelinien die Handhabung großformatiger Luftfahrt-Bauteile bewältigt.

Die individuelle Maschinenkonstruktion gewährleistet:

• Präzise Handhabung von Lasten mit hohem Sachwert
• Integration in die Produktionsabläufe der Luftfahrtindustrie
• Hohe Standards hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit
• Betriebskontinuität selbst bei intensivsten Arbeitszyklen

Flash Battery hat den Hersteller von Beginn an bei der Konzeption des Energiesystems begleitet, um eine Lösung zu entwickeln, die mehreren Antriebsachsen, hohen Leistungsspitzen sowie Dauerbetriebszyklen standhält.

Dank der vertikalen Integration des gesamten Produktionsprozesses, von der Elektronik- und Firmware-Entwicklung bis zur Modulmontage und Endabnahme, wird jede Batterie auf Grundlage der konkreten Anwendungserfordernisse des OEM konfiguriert.

Dieser Custom-Engineering-Ansatz ermöglicht es, die Energiekapazität, Leistung und Zuverlässigkeit des Systems zu optimieren, und die Batterie vom einfachen Energielieferanten zum strategischen Maschinenbauteil aufzuwerten.

Ein modulares und redundantes Batteriesystem für missionskritische Anwendungen

Eine der wichtigsten Projektanforderungen war die Redundanz des Systems.

In hochintensiven industriellen Anwendungen können Maschinenstillstände den gesamten Produktionsprozess drosseln und hohe Kosten generieren. Aus diesem Grund hat Flash Battery eine modulare, redundante Energiearchitektur entwickelt, die den Betrieb der Plattform selbst bei Teilausfällen einer oder mehrerer Batterien aufrechterhält und die Fortsetzung des Betriebs mit reduzierter Leistung ohne Unterbrechung des Arbeitszyklus ermöglicht.

Die von Flash Battery realisierte Lösung umfasst:

• 4 parallel geschaltete LFP-Lithiumbatterien zu je 47 kWh
• Gesamtsystemenergie von 188 kWh
• Modulare Architektur, die Redundanz und Betriebskontinuität gewährleistet

Für die Konzeption des Batteriesystems wurde nicht nur die Energiekapazität, sondern die gesamte Maschinenarchitektur berücksichtigt. Das Energiesystem ist perfekt auf das Fahrzeug und die konkreten Anwendungserfordernisse abgestimmt: Bewegte Massen, Gewichtsverteilung, räumliche Gegebenheiten, Förderlogiken und Sicherheitsanforderungen wurden direkt in die Lösungsentwicklung mit einbezogen und ermöglichen ein nahtloses Zusammenspiel von Batterie, Fahrzeug und Antriebsstrang.

Das Ergebnis ist eine Energieplattform, die höchste Betriebssicherheit gewährleistet und selbst anspruchsvollste Arbeitsbedingungen bewältigt.

LFP-Lithiumbatterien und integrierter Master Controller für Schwerlast-Anwendungen

Das Herzstück des Systems bildet eine modulare, auf Lithiumbatterien mit LFP-Chemie basierende Lösung, die hohe Sicherheit, thermische Stabilität und eine lange Lebensdauer garantiert. Alles Eigenschaften, die in industriellen Anwendungen mit hoher betrieblicher Kritikalität wie der Luftfahrt entscheidend sind.

Im Mittelpunkt der Architektur steht eine Power Distribution Unit (PDU) mit Master-Controller-Logikeinheit, die intern von Flash Battery entwickelt wurde, um das gesamte Energiesystem zentral zu steuern.

Diese Lösung ermöglicht einen koordinierten Batteriebetrieb, optimiert die Leistungsverteilung und erleichtert die Integration von Batteriesystem, Ladegerät und Fahrzeug, um ein intelligentes Energiemanagement sicherzustellen.

Der Master Controller:

• steuert die 4 Batterien sowohl einzeln als auch auf Systemebene auf koordinierte Weise;
• fungiert als Schaltzentrale für die Steuerlogik und Leistungsverteilung;
• vereinfacht die Integration von Batterie, Fahrzeug und Ladegerät;
• überwacht laufend die Systemfunktion und
• isoliert etwaige Störungen, um die Betriebskontinuität zu erhalten.

Zu den weiteren Merkmalen des Systems gehören die fortschrittliche Konnektivität und ein von Flash Battery entwickelter Router, der die kontinuierliche Verbindung mit dem Flash Data Center herstellt – der Cloud-Plattform für die Fernüberwachung und -diagnose der vor Ort installierten Batterien.

Ausgestattet mit den neuesten KI- und Machine-Learning-Algorithmen analysiert das System in Echtzeit die wichtigsten Betriebsparameter, erkennt mögliche Störungen und unterstützt vorbeugende Wartungsarbeiten.

Auf diese Weise werden potenzielle Probleme, die zu Maschinenstillständen führen können, frühzeitig behoben, die Zuverlässigkeit der Anwendung erhöht und die Gesamtbetriebskosten des Systems optimiert.

Co-Engineering im Bereich Schwerlast-Anwendungen

Aufgrund der Komplexität der Anwendung wurde für das Projekt ein Co-Engineering-Ansatz gewählt, der den europäischen Hersteller, das Entwicklungsteam von Flash Battery und den deutschen Antriebsstrang-Systemintegrator Atech an einen Tisch brachte. Mit Letzterem arbeiten wir seit 2021 erfolgreich zusammen, um schlüsselfertige Elektrifizierungslösungen für den globalen Markt zu entwickeln. Aus der Zusammenarbeit entstand eine multidisziplinäre Arbeitsgruppe, in der jeder Partner sein Fachwissen sowie Konstruktionsvorschläge einbrachte, um die bestmögliche Lösung zu erarbeiten. Maßgeblich dafür war zu Beginn eine gründliche Analyse der Anwendungserfordernisse.

Dieses Custom-Engineering-Modell zeichnet die Zusammenarbeit aus: Die Entwicklung von anwendungsbezogenen Lösungen, die den tatsächlichen betrieblichen Anforderungen gerecht werden, anstatt der Anpassung der Maschine an eine Standardlösung.

Zu den wichtigsten Herausforderungen des Projekts gehörten:

• Interne Entwicklung des Master Controller und der zugehörigen Steuerlogiken
• Firmware-Management für mehrere Batterien und Ladegeräte
• Optimierung des Layouts bei geringen Platzverhältnissen
• Festlegung von Schutzbehandlungen in komplexen Betriebsumgebungen

Neue Maßstäbe in der industriellen Fördertechnik

Die Validierung des Projekts fand im Rahmen interner Tests und der endgültigen Inbetriebnahme beim Kunden statt und bestätigte das Erreichen der Projektziele hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit und Erfüllung der strengen Sicherheitsanforderungen der Luftfahrtbranche. Einer der entscheidenden Erfolgsfaktoren war der Systemansatz von Flash Battery, der eine komplette und integrierte Energielösung auf Grundlage einer modularen Architektur hervorgebracht hat, die mit Fahrzeug, Ladegerät und Steuerlogiken kommuniziert und auf diese Weise die Betriebskontinuität und maximale Zuverlässigkeit gewährleistet.

Die Flexibilität der Architektur stellt eine der größten Stärken der entwickelten Lösung dar. Das System kann mit einer variablen Anzahl von 2 bis 6 Batterien konfiguriert werden, lässt sich an Maschinen unterschiedlicher Größe mit verschiedenen Anforderungen anpassen und damit auch bei künftigen Spezial-Förderplattformen einfach reproduzieren.

Das Projekt zeigt exemplarisch, wie selbst hochkomplexe Anwendungen in der industriellen Fördertechnik erfolgreich elektrifiziert werden können. Es geht nicht einfach darum, eine Energiequelle auszutauschen, sondern das gesamte Maschinensystem neu zu konzipieren, wobei die Batterie als Schlüsselelement direkten Einfluss auf Leistung, Sicherheit und betriebliche Zuverlässigkeit hat.

Durch die Zusammenarbeit zwischen OEM, Systemintegrator und Technologiepartner konnte eine enorme technische Herausforderung in eine konkrete, modulare und skalierbare Lösung umgemünzt werden. Dieses Modell stellt eindrücklich unter Beweis, dass Co-Engineering und die Konstruktion kundenspezifischer Lithiumbatterien die Innovation und Weiterentwicklung hochkomplexer Industrieanwendungen vorantreiben kann.