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Wiederaufladbare Batterien

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

  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

  3. AlternativeMotivation Fahrzeugkonzepte (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

  4. Motivation Zukünftige Netzstrukturen

  5. Motivation Zukünftige Netzstrukturen Fluktuierende Energiequellen Dezentrale Energieversorgung

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

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

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

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

  10. Leistungs- und Energiebedarf wichtige Anwendungsfelder (INVESTIRE / ASSURE) Speicherbedarf in Motivation zukünftigen 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

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

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

  20. 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 ISET Modularer Batteriespeicher ~ = Batterie- speicher

  21. Batterieentwicklungim ISET Modularer Batteriespeicher

  22. Batterieentwicklung im ISET Batteriewechselrichter (ISET/SMA)

  23. Batterieentwicklungauf einer Alpenhütte Modulare Systemtechnik

  24. Batterieentwicklung im ISETBatterieverhalten auf einer Alpenhütte 10.2001

  25. 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)

  26. Batterieentwicklungim ISET Doppelspeicher ( Siemens VDO)

  27. Batterieentwicklungim 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.

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