Wiederaufladbare batterien
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Wiederaufladbare Batterien. Motivation für Forschung und Entwicklung Forschungs- und Entwicklungsziele Batterietechnik Batterieentwickung im ISET Zusammenfassung. Dr.-Ing. Bernd Willer. Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e. V.

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Wiederaufladbare Batterien

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Presentation Transcript


Wiederaufladbare Batterien

Motivation für Forschung und Entwicklung

Forschungs- und Entwicklungsziele

Batterietechnik

Batterieentwickung im ISET

Zusammenfassung

Dr.-Ing. Bernd Willer

Institut für Solare

Energieversorgungstechnik

Verein an der

Universität Kassel e. V.


Motivation Randbedingungen

Streben nach Umwelt- und Ressourcenschonung

 Förderung erneuerbarer Energienutzung

 Entwicklung alternativer Fahrzeugkonzepte

Liberalisierung der Energiemärkte

 Beseitigung der Marktzugangsbarrieren

Erhöhte elektrische Leistungsanforderungen im Fahrzeugbereich

 für Antrieb und Bordnetz


AlternativeMotivationFahrzeugkonzepte (Volkswagen)

Elektrofahrzeuge

Anteil der Batterie an der Bereitstellung der Gesamtenergie

100 %

Hybridfahrzeuge

Brennstoffzellenfahrzeuge

Konventionelle Antriebe

0 %

0 %

100 %

Anteil des Elektromotors an der Bereitstellung der Gesamtenergie


MotivationZukünftige Netzstrukturen


MotivationZukünftige Netzstrukturen

Fluktuierende Energiequellen

Dezentrale Energieversorgung


Speicherbedarf in

Motivationzukünftigen Netzstrukturen

Windparks haben einen Speicherbedarf im Minutenbereich und Stundenbereich


Speicherbedarf in

Motivationzukünftigen Netzstrukturen

Mininetze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich und Tagesbereich


Speicherbedarf in

Motivationzukünftigen Netzstrukturen

Dezentrale Netze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich


Speicherbedarf in

Motivationzukünftigen Netzstrukturen

Einzelne Lasten haben einen Speicherbedarf im Minuten und Stundenbereich


Leistungs- und Energiebedarf wichtige Anwendungsfelder (INVESTIRE / ASSURE)

Speicherbedarf in

Motivationzukünftigen Netzstrukturen

100

A1 und A2

Windfarmen

A3

Mini Netze

A4

Dezentrale Netze

A5 Versorgungssicherheit

A3

A4

10

A2

A5

Power duration / h

1

A1

0,1

0,1

1

10

100

1000

10000

Power / kW


Allgemeine Forschungs- und Entwicklungsziele für Batteriespeicher

Kosten (Speicher und Peripherie)

Wirkungsgrad

Zyklenfestigkeit

Lebensdauer

Selbstentladung

Spezifische Leistung und spezifische Energie

Energie/Leistungsverhältnis d.h. Entladezeit

Temperaturbereich

Wartungsaufwand

Recyclisierbarkeit


Mögliche SpeichertechnologieBatterietechnikfür die Zukunft

Verbesserte Bleibatterie

MetalLuft

NickelCadmium / NickelMetalhydrid

SMES

Lithium

Schwungradspeicher

Redoxbatterien

Luftdruckspeicher

NatriumNickelchlorid

Elektrolyseur-Wasserstoff-Brennstoffzelle

Superkondensatoren


SpeichereigenschaftenBatterietechnikim Vergleich


BatterietechnikBleibatterien

Vorteile

hohe Verfügbarkeit, geringe Kosten, Sicherheit

Nachteile

geringe Energie- und Leistungsdichte, aufwendige Betriebsführung, schwierige Ladezustandserfassung

FuE Bedarf

Erhöhung der Leistungsfähigkeit, Verbesserung der Lebensdauer


BatterietechnikLithiumbatterien

Vorteile

Hohe Energiedichte, geringe Selbstentladung

Nachteile

Hohe Kosten, geringe Zyklenlebensdauer, aufwendiges elektrisches und thermisches Management

FuE Bedarf

Kostenreduzierung, Lebensdauerverlängerung, Batteriemanagement


BatterietechnikDoppelschichtkondensatoren

Vorteile

Hohe Zyklenfestigkeit, hohe Leistungsdichte,einfache Ladezustandserfassung

Nachteile

hohe Kosten, geringe Energiedichte, hohe Selbstentladung, Einzelzellenstreuung

FuE Bedarf

Kostenreduktion, Erhöhung der Energiedichte, gezielter Einzelzellenausgleich


BatterietechnikForschungs- und Entwicklungsbereich

Grundlagenforschung

Elektrodenporosität , P/E - Verhältniss, Elektrolyte, Alterungsprozesse, Fertigungsprozesse

Systemaufbau und Energieaufbereitung

Reihenschaltung von Zellen, Symmetrierungen, Wechselrichter und Steller, Hybridspeicher

Speicherbetriebsführung

Elektrisches und thermisches Management, Ladezustandserfassung

Systemauslegung

Test, Simulationen


BatterietechnikFuE Bereich Batteriemanagement

Elektrisches Management

Schutz der Batterie vor extremen elektrischen Zuständen für Spannung und Strom,

Geregelte Ladung der Batterie,

Schutz der Batterie von Tiefentladungen,

Einzelzellenüberwachung und -ladungsausgleich.

Thermisches Management

Temperaturvergleichmäßigung,

Kühlung,

Aufheizung.


Management

Typ

Blei

NiMeh

Lithium

NaNiCl

Supercaps

Überladeschutz

Elektrisch

Tiefentladeschutz

Einzelzellenüberwachung

Ladungsausgleicheinzelner

Zellen

Kühlung

BatterietechnikFuE Bereich Batteriemanagement

Thermisch

Heizung

Temperaturvergleichmäßigung

Notwendig

sinnvoll

Nicht erforderlich


Fernüber-

Koordi-

wachung

nation

K O M M U N I K A T I O N S - B U S

Ver-

braucher

Verbund-

im

W E C H S E L - / D R E H S T R O M - E N E R G I E B U S

netz-

Inselnetz

anschluß

(optional)

=

a

~

~

SM

SM

Gen.

=

x

~

Transient-

Verbrenn.-

PV mit

Wind-

Speicher

Aggregat

Inverter

konverter

Batterieentwicklungim ISETModularer Batteriespeicher

~

=

Batterie-

speicher


Batterieentwicklungim ISETModularer Batteriespeicher


Batterieentwicklung

im ISET Batteriewechselrichter (ISET/SMA)


Batterieentwicklungauf einer AlpenhütteModulare Systemtechnik


Batterieentwicklung im ISETBatterieverhalten auf einer Alpenhütte 10.2001


Batterieentwicklung im ISETEnergiemanagement eines Doppelspeichers

Problemstellung

Hoher Leistungsbedarf und hohe Zyklenfestigkeit

(Beispiel Starter/Generator)

Lösungsmöglichkeiten

Überdimensionierung des Speichers

Einsatz von Leistungsspeichern

Entwicklung eines geeigneten Speichers

Kombination von zwei Speichern (Beispiel Blei und Supercap)


Batterieentwicklungim ISETDoppelspeicher ( Siemens VDO)


Batterieentwicklungim ISETDoppelspeicher ( Siemens VDO)


Zusammenfassung

Sich ändernde Energieversorgungsstrukturen und neue Fahrzeugkonzepte fordern Energiespeicher mit speziellen Speichereigenschaften.

Mit heutigen Energiespeichern sind Anforderungen an eine zukünftige Energiespeicherung nur begrenzt erfüllbar.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf existiert in den Bereichen

Grundlagenforschung

Systemtechnik und Energieaufbereitung und

Speichermanagement.


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