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Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 1 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung.

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Präsentation zum Thema: "Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 1 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 1 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Dr.-Ing. Bernd Willer Institut für Solare Energieversorgungstechnik Verein an der Universität Kassel e. V. Wiederaufladbare Batterien Motivation für Forschung und Entwicklung Forschungs- und Entwicklungsziele Batterietechnik Batterieentwickung im ISET Zusammenfassung

2 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 2 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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

3 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 3 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Alternative MotivationFahrzeugkonzepte (Volkswagen) Anteil der Batterie an der Bereitstellung der Gesamtenergie Anteil des Elektromotors an der Bereitstellung der Gesamtenergie 0 %100 % 0 % 100 % Hybridfahrzeuge Elektrofahrzeuge Brennstoffzellenfahrzeuge Konventionelle Antriebe

4 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 4 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik MotivationZukünftige Netzstrukturen

5 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 5 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik MotivationZukünftige Netzstrukturen Fluktuierende Energiequellen Dezentrale Energieversorgung

6 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 6 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Speicherbedarf in Motivationzukünftigen Netzstrukturen Windparks haben einen Speicherbedarf im Minutenbereich und Stundenbereich

7 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 7 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Speicherbedarf in Motivationzukünftigen Netzstrukturen Mininetze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich und Tagesbereich

8 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 8 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Speicherbedarf in Motivationzukünftigen Netzstrukturen Dezentrale Netze haben einen Speicherbedarf im Stundenbereich

9 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 9 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Speicherbedarf in Motivationzukünftigen Netzstrukturen Einzelne Lasten haben einen Speicherbedarf im Minuten und Stundenbereich

10 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 10 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Leistungs- und Energiebedarf wichtige Anwendungsfelder (INVESTIRE / ASSURE) 0, , Power / kW Power duration / h A1 A2 A3 A5 A4 Speicherbedarf in Motivationzukünftigen Netzstrukturen A1 und A2 Windfarmen A3 Mini Netze A4 Dezentrale Netze A5 Versorgungssicherheit

11 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 11 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 12 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Mögliche Speichertechnologie Batterietechnikfür die Zukunft Verbesserte Bleibatterie NickelCadmium / NickelMetalhydrid Lithium SMES Redoxbatterien NatriumNickelchlorid Superkondensatoren MetalLuft Schwungradspeicher Luftdruckspeicher Elektrolyseur-Wasserstoff-Brennstoffzelle

13 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 13 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Speichereigenschaften Batterietechnikim Vergleich

14 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 14 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik BatterietechnikBleibatterien Vorteile hohe Verfügbarkeit, geringe Kosten, Sicherheit Nachteile geringe Energie- und Leistungsdichte, aufwendige Betriebsführung, schwierige Ladezustandserfassung FuE Bedarf Erhöhung der Leistungsfähigkeit, Verbesserung der Lebensdauer

15 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 15 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik BatterietechnikLithiumbatterien Vorteile Hohe Energiedichte, geringe Selbstentladung Nachteile Hohe Kosten, geringe Zyklenlebensdauer, aufwendiges elektrisches und thermisches Management FuE Bedarf Kostenreduzierung, Lebensdauerverlängerung, Batteriemanagement

16 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 16 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik BatterietechnikDoppelschichtkondensatoren Vorteile Hohe Zyklenfestigkeit, hohe Leistungsdichte, einfache Ladezustandserfassung Nachteile hohe Kosten, geringe Energiedichte, hohe Selbstentladung, Einzelzellenstreuung FuE Bedarf Kostenreduktion, Erhöhung der Energiedichte, gezielter Einzelzellenausgleich

17 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 17 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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

18 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 18 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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.

19 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 19 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik BatterietechnikFuE Bereich Batteriemanagement Heizung Thermisch Temperaturvergleichmäßigung NotwendigsinnvollNicht erforderlich

20 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 20 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISETModularer Batteriespeicher Batterie- speicher = ~

21 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 21 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISETModularer Batteriespeicher

22 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 22 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISET Batteriewechselrichter (ISET / SMA)

23 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 23 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung auf einer AlpenhütteModulare Systemtechnik

24 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 24 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISET Batterieverhalten auf einer Alpenhütte

25 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 25 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 26 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISETDoppelspeicher ( Siemens VDO)

27 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 27 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik Batterieentwicklung im ISETDoppelspeicher ( Siemens VDO)

28 Institut für Solare Energieversorgungstechnik Bernd Willer 300. WE-Heraeus Seminar Energieforschung 28 Verein an der Universität Kassel Bereich Energiewandlung und Regelungstechnik 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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