Accure: Auf Daten-Schatzsuche im Akku
Selten gibt es so viele Daten, die so einfach zu sammeln sind. Batterien erfassen sie, spreichern sie und übertragen sie an Smartphone, Laptop, E-Auto oder Solaranlage. Drei Wissenschaftler der RWTH Aachen wunderten sich, warum niemand die Informationen nutzt. Sie gründeten Accure. Die Software-Plattform wertet mit Künstlicher Intelligenz einen Datenschatz aus und analysiert Batterien über den gesamten Lebenszyklus. Damit werden sie sicherer, leistungsfähiger und ausdauernder. Mit dem schnell wachsenden Markt für regenerative Energien und E-Mobilität kommt richtig Dynamik ins Geschäft. Gewappnet sind die drei RWTH-ler - als nicht gerade zimperliche Kampfsportler.
17. April 2022 - Von Rüdiger Köhn, München
Jede Lithium-Ionen-Batterie ist mit einem Chip für einen sicheren Betrieb ausgestattet. Das Miniatur-Elektronikteil ist Kern für das Batterie Management System (BMS), das die Stromversorgung eines Smartphones, Laptops, einer Smartwatch, des portablen Lautsprechers, im Elektroauto oder batteriebetriebenen Boot, in der Solar- und der Windanlage steuert. Der Chip sammelt über die gesamte Lebensdauer des Akkus massenhaft Daten. Die umfassen nur drei Parameter: Strom, Spannung, Temperatur.
Für Kai-Philipp Kairies ist das ein Datenschatz, der gewissermaßen ungenutzt auf der Straße liegt. Man muss ihn nur aufheben. „Bisher ist da niemand gewesen, der diese Daten gesammelt und richtig angefasst hat, um etwas Sinnvolles damit anzufangen“, sagt er. Mit Georg Angenendt und Johannes Palmer hat Kairies im Juni 2020 Accure gegründet. Das Start-Up aus Aachen hat eine Software-Plattform entwickelt, um Batterien sicherer, leistungsfähiger und ausdauernder zu machen. Dieses Potential hatten sie schon als Forscher an der RWTH Aachen gesehen, wo sich vor allem Kairies und Angenendt in die technisch komplizierte Materie eingegraben haben. De facto handelt es sich um ein Spin-off der Uni Aachen.
Kai-Philipp Kairies Fotos Accure
Was für einen Schatz die drei RWTH-Absolventen gehoben haben, zeigte sich sofort mit der Gründung. „Seit dem ersten Tag haben wir zahlende Kunden, unser erster Auftrag war sechsstellig“, erinnert sich Kairies. „Wir haben schon substantielle Umsätze generiert, auch wenn wir natürlich wegen der starken Expansion noch nicht profitabel sein können.“
Offensichtlich hat Accure den Nerv der Zeit getroffen; nicht eimal zwei Jahre alt und schon sind mehr als 50 Mitarbeiter beschäftigt, im März wurde in den USA ein Büro eröffnet, in zwei Finanzierungsrunden sind 10,7 Millionen Euro bei den Investoren Capnamic Ventrures, 42CAP und Blue Bear Capital eingesammelt worden. Den Gründern bleibt erspart, was vielen Start-Uplern anfangs widerfährt, die sich erst noch beweisen und kommerziell ihren Markt erobern müssen. Das Modell der Aachener funktioniert. Accure hat mittlerweile mehr als 1100 Megawattstunden (MWh) Batteriespeicher unter Management. Rund 220.000 Module von über zwanzig Batterieherstellern wie Panasonic, Samsung SDI, LG Chem, Sanyo oder Sony werden diagnostiziert.
„Unfassbar nah am Puls"
Über die Cloud wird Geschäftskunden ein Abo-Modell (Software as a Service, SaaS) für die Batterieanalytik angeboten. Das Konzept der Accure Battery Intelligence GmbH: „Ohne dass etwas am Produkt, am Gerät oder an der Anlage geändert werden muss, können wir die Batterie sicherer und leistungsfähiger machen.“ Das erfolgt ausschließlich über Software, es müssen keine Labortests gemacht oder Sensoren verbaut werden. Zu den Kunden gehören Energiekonzerne wie Eon und ENBW, Automobilhersteller (Namen dürfen nicht genannt werden) oder Siemens. Sie alle sitzen auf „Terrabyte von Daten“, ohne dass sie bislang analysiert worden sind. Dabei sei die Batterie Teil des Internets der Dinge geworden, sagt Kairies. Sie werde immer relevanter für die Energiewende. „Damit sind wir unfassbar nah am Puls“, bringt der Elektroingenieur mit dem Spezialgebiet Stromspeichersysteme die Sache auf den Punkt. „Batterien sind die Grundpfeiler der Energie- und Mobilitätszukunft.“ Strom aus erneuerbaren Energien müsse nun einmal gespeichert werden, um sie dauerhaft und zuverlässig verfügbar zu machen.
Sicherheit, Leistung, Langlebigkeit, Nachhaltigkeit, Recycling, Materialien, Produktionsverfahren, Ressourceneffizienz - diese Faktoren rücken zunehmend in diesem Umfeld in den Mittelpunkt. „In diesen Mix bringen wir unsere Software und Analytik ein.“ Damit könne etwa die Lebensdauer um rund 25 Prozent erhöht werden. In der Regel arbeiten Akkus im Energie- und Mobilitätsbereich zwischen sieben und 20 Jahre. Sammeln von Daten reicht allein allerdings nicht, sie müssen bereinigt, veredelt und verdichtet werden. So böten sie einen sehr großen Hebeleffekt, den Accure nutze. Wissenschaftler Kairies spricht von physikalischen Modellierungen, die wegen der so tiefgehenden Berechnungen für Normalsterbliche kaum zu erklären seien, wie er selbst zugibt. Schließlich ging der Gründung zehn Jähre Forschungsarbeit voraus. „Diese Berechnungen ermöglichen uns es, das bisherige Verhalten einer Batterie zu verstehen, mehr noch aber den zukünftigen Zustand vorherzusagen.“ Man könne zum Beispiel bestimmte Marker im Akku erkennen und auswerten, die auf ein Brandrisiko hindeuten.
Geringes Brandrisiko
Brand ist eines der größten Gefahren, der Batterien und ihre Umgebung zerstören kann. Laptops, Smartphones und E-Autos sind so schon Flammen zum Opfer gefallen. „Fehler, die ein Feuer auslösen, bauen sich in der Regel über eine sehr lange Zeit auf“, erklärt Kairies. Das dürfe eigentlich nicht passieren, doch komme es eben vor. Aufgrund von Produktionsfehlern oder falschen Anwendungen kann es etwa zu Abscheidungen von Lithium kommen und sich eine Metallschicht anlagern, die subtil das Batterieverhalten beeinträchtigt. Das verändert die Reaktion auf Temperaturschwankungen, was wiederum Einfluss auf die Stromladung hat. Gas entsteht, es kommt zur Überhitzung, zur Verpuffung und damit zur Explosion. „Mit unserer Software können wir eine Anomalie und eine Gefahr lange im voraus von einer Woche bis zu einem Monat erkennen und automatisch eine Warnung an den Betreiber senden, eine Notabschaltung vorzunehmen.“ Das sei der Grund, warum die Anwendung von Accure als „risikomindernde Maßnahme“ vom größten deutschen Industrieversicherer HDI eingestuft wird, was in der Versicherungsprämie über Abschläge berücksichtigt wird.
Accure verwendet Mustererkennungsverfahren und untersucht 30 verschiedene Eigenschaften von Batterien nahezu aller Hersteller. Die Basis ist groß genug, um mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz Prognosen vorzunehmen. Ebenso gehören Plausibilitätsprüfungen dazu, aber auch Machine Learning. Die drei Parameter Strom, Spannung, Temperatur können in einem riesigen Netzwerk von Batterien einfach erfasst werden, was große Synergien schafft, wie Kairies erläutert. Dies ist um so wichtiger, weil es so viele Batterien so unterschiedlicher Hersteller für alle möglichen Anwendungen gibt.
Launische Batterien
Hinzu kommt, dass der Stromspender ziemlich launisch sein kann. Obwohl Batterien am selben Tag in der selben Produktionsanlage gefertigt werden, können sie in Sachen Leistung und Qualität vom Sollstandard abkommen. Die Produktion sei ein technisch extrem komplexer Prozess mit tausenden – sich gegenseitig bedingenden – Einflussfaktoren wie Materialreinheit, Luftfeuchtigkeit oder Walzdruck beim Pastieren der Elektroden. Kleinste Schwankungen dieser Parameter mögen anfangs nur zu minimalen Abweichungen in den Produkten führen. Über die Lebenszeit jedoch liefen diese Eigenschaften dann weiter auseinander. „So können sich bereits nach kurzer Zeit deutliche Anomalien zeigen.“ Das ist ein wesentlicher Grund für die begrenzte Aussagefähigkeit von Batterietests und -simulationen zu Beginn des Lebenszyklus. „Nur ein kontinuierliches Monitoring kann daher das reale Verhalten von Batterien langfristig abbilden.“
Können das Kampfsportler sein? Kai-Philipp Kairies, Johannes Palmer, Georg Angenendt (v.l.)
So komplex die Befindlichkeiten sind, so denkbar einfach ist der Zugriff auf die Informationen. Denn die mit einem Chip ausgestattete Batterie sendet ihren Zustand an das Betriebssystem des mit Strom versorgten Gerätes. Der Sender ist also ohnedies installiert, der die Daten lokal an das Gerät überträgt, aber auch andere Adressaten finden und suchen kann. Apple, Samsung oder Autobauer Tesla vernetzen die Systeme, lesen Daten aus, um das Batteriemanagement und die Leistung der Produkte zu verbessern sowie Gefahren zu verringern. Das Accure-Modell basiert darauf, im Auftrag der Kunden die Daten der in Betrieb befindlichen Batterien abzugreifen, zu messen, überwachen und optimieren.
„Wir haben schon jeden Fehlerfall einmal gesehen“, sagt Kairies. Manche kämen häufig vor, andere sehr selten. Ein typischer Problemfall ist etwa die Unterbrechung des Datenverbindung. In dieser Zeit arbeitet die Batterie weiter, aber die Beobachtung des Zustands ist gestört, der sich verändert haben könnte. Um die Informationslücke zu schließen, greift KI. Exotisch kann es im wahrsten Sinne des Wortes werden, wenn eine elektrisch betriebene Yacht in Französisch-Polynesien kreuzt, die von Accure überwacht wird. Am anderen Ende der Erde komme es schon mal zu Verbindungsabrissen, deren Folgen behoben werden müssen. So ist es kein Zufall, dass Naval DC aus den Niederlanden und Corvus Energy aus Norwegen auch zu den Kunden gehören, beides Hersteller von E-Schiffen und -booten. Die Nutzer kommen aus vielen Bereichen, seien es Elektro-Scooter, -Autos, -Lastwagen und -Busse oder städtische Verkehrsbetriebe . Die haben die Elektro-Busse in ihren Depots stehen und sind daher an einer sicheren, leistungsfähigen Versorgung ihrer Flotte interessiert. Die Windkraft- und die Solarbranche ist schon ein Stützpfeiler, wird in der Bedeutung aber deutlich an Gewicht gewinnen.
Eon und ENBW als Kunden
Kunden aus dem Solarbranche waren im übrigen die ersten von Accure. „Ich hatte da noch ein gutes Netzwerk aus meiner Forschungsarbeit heraus“, sagt Kairies. An der RWTH Aachen leitete er eine Forschungsgruppe für stationäre Batteriesysteme und war nebenher für technischer Berater für deutsche Energieversorger und Netzbetreiber, zu denen Eon und ENBW gehörten. Seine Expertise war mit dem Aufstieg der Solar- und Windkraft zunehmend gefragt. Denn ohne Batterietechnologie ist nun einmal die höchste Priorität der Stromkonzerne, nämlich die Versorgungssicherheit, auf Dauer nicht umzusetzen. Die Forschungsarbeit reichte dem 31 Jahre alten Elektroingenieur schließlich nicht. Die Idee für Accure reifte während der Promotion und wurde 2019 konkret. Immer wieder wurde er in seiner Beratertätigkeit mit den gleichen Fragen konfrontiert. Alle verfügten über die Daten. Doch daraus gemacht haben sie nichts. „Es war so offensichtlich, dass es eine große Wissens- und Informationslücke gibt.“ Dabei sei das doch ziemlich trivial. „Hat die Lücke niemand gesehen?“
Der erste, mit dem er darüber sprach, war Georg Angenendt, ebenfalls heute 31 Jahre. Er ist ein guter Freund, den Kairies im gemeinsamen Studium Elektrotechnik kennengelernt hat. Beide haben sich für das gleiche Thema begeistert und darin auch promoviert. Zum Abschluss der Doktorarbeiten verkrochen sie sich gemeinsam in einem Büroraum am Stadtrand von Aachen. Kairies warf eine Bemerkung über den Schreibtisch: „Hör mal“, sagte er zu Angenendt, „hab mal drüber nachgedacht, eine Firma zu gründen.“ Georg schaut auf, ging kurz in sich: „Sekunde.“ Die Arbeit an der Dissertation wurde kurz zur Seite geschoben. Nach zwei Stunden Herummalen am Whiteboard hieß es: „Ja machen wir.“ Die Fortsetzung der Gründerarbeit erfolgte nicht selten in der Kneipe oder im Café. Nicht ganz so einfach ließ sich Johannes Palmer, 36 Jahre und Maschinenbauer, überzeugen. Ihn hat Kairies über Freunde kennengelernt, man sah sich ab und an auch beim Training in der Uni-Sporthalle.
Ein sich ergänzendes Trio
Palmer musste überredet werden. „Er hat uns ganz schön herausgefordert“, erinnert sich Kairies. Denn der Dritte im Bunde in spe hatte als Maschinenbauer viele attraktive Alternativen, zumal er sich in seiner Promotion über synthetische Kraftstoffe mit einem wichtigen Thema in der Autoindustrie auseinander gesetzt hat und somit gefragt war. Palmer brauchte Bedenkzeit - und schlug ein. Projekt „Accure“ war gesichert. „Ohne Hanno hätten wir nicht gegründet“, sagt Kairies. Das Trio ergänzt sich ideal. Vorstandsvorsitzender Kairies weiß von sich, dass er ein gutes Verständnis für die Technik, ein Händchen für den Markt und die Kunden hat. Für die Entwicklung des Software-Produkts ist Georg Angenendt, Technikchef (CTO), der richtige, der mehr IT-Experte ist. Beiden gehen aber Organisation, Strukturen, Prozesse, operative Geschäftsführung mit Finanzen, Controlling und Juristerei ab. Das hat Palmer übernommen, der operative Chef (COO). Neben Maschinenbau hat er auch den Abschluss als Wirtschaftsingenieur gemacht und damit die notwendige Expertise erworben.
Promoviert, diplomiert, kampferprobt. Das Team ergänzt sich nicht nur, es ist auch zäh und hält was aus. Kairies ist unter den drei mit Boxen geradezu ein Leichtgewicht. „Verglichen mit den anderen beiden bin ich am wenigsten gefährlich und erfolgreich“, lacht er - und bezieht das natürlich nur auf den Sport. Die beiden Partner lieben es einige Nummern härter. Palmer ist Kick-Boxer, der nach wie vor in der Sportart trainiert. Auch Angenendt ist ein Coach - im Mixed Partial Arts. Er war 2019 sogar Vizemeister der westdeutschen Meisterschaften (GEMMAF) im Leichtgewicht. So etwas wie Teamgeist der Gründer hat sich schon während des Sports in der Uni-Sporthalle entwickelt, wo sie sich in ihrem Extremsport ausgetobt haben. Was könne da schon schiefgehen, wenn sich drei Kampfsportler auf eine solche Reise begeben, grinst Kairies süffisant.
Potential mit Sonne und Wind
Zwar sind sie mit ihrer Idee nicht allein auf der Welt. Schätzungsweise fünf andere junge Unternehmen bieten ähnliches an. Die Herangehensweisen sind aber unterschiedlich. Das Münchner Start-Up Twaice etwa nutzt für die Batterieanalytik ebenfalls KI, ist aber unter anderem mit Simulationsmodellen mit seinen Prozessen näher an der Entwicklung von Speicher-Produkten, während Accure den Akku-Zustand in der Betriebszeit und über den Lebenszyklus untersucht. Doch auch deren Modell fliegt. Vor knapp einem Jahr hat Twaice immerhin eine Serie-B-Finanzierung über 26 Millionen Dollar abgeschlossen.
Das Potential ist gewaltig. Der boomende Markt für erneuerbare Energien erhöht den Druck, Technologien für Stromspeicher voranzubringen. Allein dadurch wird Accure seine Geschäfte weiter skalieren können, über die Expansion mit einem Büro in den USA, möglicherweise anderen Auslandsposten und auch über weitere Kooperationen mit internationalen Konzernen aus dem Energiesektor und der E-Mobilität hinaus. Nur mit leistungsfähigen, netzgekoppelten Batteriespeichern für Wind- und Sonnenenergie sei eine Energiewende zu schaffen. Ganz neue Dimensionen bahnen sich an. „Während vor nicht einmal fünf Jahren eine 10-MWh-Batterie als Großprojekt galt“, sagt Kai-Philipp Kairies, „werden heute in Schottland und den USA Anlagen mit mehr als 1000 MWh errichtet.“ Und das scheint erst der Anfang zu sein.