Wiederaufladbare Batterien

Präsentation zum Thema: "Wiederaufladbare Batterien"—  Präsentation transkript:

1 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.

2 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 Sehr geehrte Prüfungskommission, sehr geehrte Damen und Herren, ich begrüße Sie heute zu meinem Promotionsvortrag mit dem Thema ...

3 Alternative Motivation Fahrzeugkonzepte (Volkswagen)
Elektrofahrzeuge Anteil der Batterie an der Bereitstellung der Gesamtenergie 100 % Hybridfahrzeuge Prius Serienhybrid 30000 PKWs Batteriezuschuß Brennstoffzellenfahrzeuge Konventionelle Antriebe 0 % 0 % 100 % Anteil des Elektromotors an der Bereitstellung der Gesamtenergie

4 Motivation Zukünftige Netzstrukturen

5 Motivation Zukünftige Netzstrukturen
Fluktuierende Energiequellen Dezentrale Energieversorgung

6 Motivation zukünftigen Netzstrukturen
Speicherbedarf in Motivation zukünftigen Netzstrukturen Windparks haben einen Speicherbedarf im Minutenbereich und Stundenbereich

7 Motivation zukünftigen Netzstrukturen
Speicherbedarf in Motivation zukünftigen Netzstrukturen Mininetze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich und Tagesbereich

8 Motivation zukünftigen Netzstrukturen
Speicherbedarf in Motivation zukünftigen Netzstrukturen Dezentrale Netze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich

9 Motivation zukünftigen Netzstrukturen
Speicherbedarf in Motivation zukünftigen Netzstrukturen Einzelne Lasten haben einen Speicherbedarf im Minuten und Stundenbereich

10 Motivation zukünftigen Netzstrukturen
Speicherbedarf in Motivation zukünftigen Netzstrukturen Leistungs- und Energiebedarf wichtige Anwendungsfelder (INVESTIRE / ASSURE) 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 Power / kW 100 1000 10000

11 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

12 Mögliche Speichertechnologie Batterietechnik für die Zukunft
Verbesserte Bleibatterie MetalLuft NickelCadmium / NickelMetalhydrid SMES Lithium Schwungradspeicher Redoxbatterien Luftdruckspeicher NatriumNickelchlorid Elektrolyseur-Wasserstoff-Brennstoffzelle Superkondensatoren

13 Speichereigenschaften Batterietechnik im Vergleich

14 Batterietechnik Bleibatterien
Vorteile  hohe Verfügbarkeit, geringe Kosten, Sicherheit Nachteile  geringe Energie- und Leistungsdichte, aufwendige Betriebsführung, schwierige Ladezustandserfassung FuE Bedarf  Erhöhung der Leistungsfähigkeit, Verbesserung der Lebensdauer

15 Batterietechnik Lithiumbatterien
Vorteile  Hohe Energiedichte, geringe Selbstentladung Nachteile  Hohe Kosten, geringe Zyklenlebensdauer, aufwendiges elektrisches und thermisches Management FuE Bedarf  Kostenreduzierung, Lebensdauerverlängerung, Batteriemanagement

16 Batterietechnik Doppelschichtkondensatoren
Vorteile  Hohe Zyklenfestigkeit, hohe Leistungsdichte, einfache Ladezustandserfassung Nachteile  hohe Kosten, geringe Energiedichte, hohe Selbstentladung, Einzelzellenstreuung FuE Bedarf  Kostenreduktion, Erhöhung der Energiedichte, gezielter Einzelzellenausgleich

17 Batterietechnik Forschungs- 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

18 Batterietechnik FuE 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.

19 Batterietechnik FuE Bereich Batteriemanagement
Typ Blei NiMeh Lithium NaNiCl Supercaps Überladeschutz Tiefentladeschutz Einzelzellenüberwachung Elektrisch Ladungsausgleicheinzelner Zellen Kühlung Thermisch Heizung Temperaturvergleichmäßigung Notwendig sinnvoll Nicht erforderlich

20 Batterieentwicklung im ISET Modularer Batteriespeicher
= ~ Verbrenn.- Aggregat SM Transient- Speicher Wind- konverter Gen. Koordi- nation Fernüber- wachung K O M M U N I K A T I O N S - B U S 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 Ver- braucher im Inselnetz Verbund- netz- anschluß (optional) PV mit Inverter a x ~ = Batterie- speicher

21 Batterieentwicklung im ISET Modularer Batteriespeicher

22 Batterieentwicklung im ISET Batteriewechselrichter (ISET / SMA) 3kW-bidirektional 48V, 96 V 2 Rechner n=92 für Insel und Netz

23 Batterieentwicklung auf einer Alpenhütte Modulare Systemtechnik
300 Alpenhütten

24 Batterieentwicklung im ISET Batterieverhalten auf einer Alpenhütte 10

25 Batterieentwicklung im ISET Energiemanagement 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)

26 Batterieentwicklung im ISET Doppelspeicher ( Siemens VDO)

27 Batterieentwicklung im ISET Doppelspeicher ( Siemens VDO)

28 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.