Das Fraunhofer IEE und die beiden Industriepartner Skeleton Technologies (Verbundkoordinator) und AVL arbeiten an Verfahren, um solche Hybridspeicher auszulegen und zu regeln. Das Projekt „SuKoBa“ (Superkondensatoren zur Lebensdaueroptimierung von Batterie-Hybridspeichersystemen – Auslegungsmethoden und Regelungsalgorithmen) wird vom BMWi gefördert. Das Projekt läuft bereits seit Beginn des Jahres und soll Ende 2023 abgeschlossen sein. Einsatzgebiete für die Hybridspeicher aus Batterien und Superkondensatoren könnten Elektrofahrzeuge oder stationäre Speicher zur Netzstabilisierung sein. Dabei ist SuKoBa nicht das einzige Hybridspeicher-Projekt, das auf Superkondensatoren setzt: Im EU-Projekt HyFlow geht es um die Kombination von Superkondensatoren und Redox-Flow-Batterien.

Superkondensatoren, auch Supercaps genannt, verfügen über eine sehr hohe Leistungsdichte. Ihre Energiedichte ist allerdings gering. Lithium-Ionen-Batterien und andere Batteriespeicher altern dagegen bei hoher Leistung durch die Wärmefreisetzung besonders schnell. Dafür können sie Energie längerfristig speichern. „Hybride Speicher verbinden die Vorteile der Batterien mit denen der Superkondensatoren – und eliminieren zugleich deren jeweilige Nachteile. Wir erwarten eine deutliche Steigerung der Lebensdauer solcher Hybrid-Speicher-Systeme. Das wollen wir im Projekt genauer untersuchen. In der Folge kann das zu erheblich geringeren Systemkosten führen“, erklärt Matthias Puchta, Geschäftsfeldleiter Hardware-in-the-Loop Systeme beim Fraunhofer IEE.

Netzstabilisierung in Sekunden, mehr Reichweite für E-Autos

Bisher fehlen die Werkzeuge, um hybride Speicher in Bezug auf Baugröße, Kosten und Lebensdauer optimal auszulegen. Bestehenden Modelle ignorieren das Problem der Batteriealterung. Auch gibt es noch keine speziell angepassten Management- und Regelungssysteme für den Einsatz der Speicher. Diese Lücken soll das das Verbundvorhaben Sukoba schließen. „Mit SuKoBa schaffen wir die Voraussetzung, das Potenzial hybrider Speichertechnologien umfassend zu nutzen“, sagt Puchta. „Unser Forschungsvorhaben trägt wesentlich dazu bei, Batteriespeicher auch dort wirtschaftlich einzusetzen, wo kurzzeitig sehr hohe Leistungen gefordert sind.“

Ein mögliches Einsatzfeld der hybriden Speicher aus Batterien und Superkondensatoren ist die Netzstützung. Supercaps könnten Spannung und Frequenz im Netz bei Großstörungen innerhalb weniger Sekunden stabilisieren. Dadurch könnten sie die bereits heute für die Primärregelleistung eingesetzten stationären Batterien ergänzen. In der Elektromobilität verspricht das schnelle Laden und Entladen der Supercaps Vorteile bei der Beschleunigung und Rekuperation. So könnten die Hybridspeicher auch für größere Reichweiten sorgen. Zudem stellen sie sehr effizient auch bei tiefen Temperaturen Leistung bereit, etwa für den Start im Winter.

Dimensionierung für maximale Lebensdauer

Im ersten Schritt arbeitet das Forscherteam an einem Werkzeug, um die Hybridspeicher auf eine maximale Lebensdauer auszulegen. In die Optimierung gehen Anforderungen an Leistungsdichte, Energiedichte, Kapazität, Kosten, Gewicht und Volumen des Speichersystems ein. Mit jeweils typischen Lastzeitreihen bilden die Forscher die verschiedenen Anwendungsszenarien ab.

Mit Hilfe von Demonstratoren im Labor wollen die Forscher ihre Ergebnisse experimentell überprüfen. Darüber hinaus schaffen die Partner im Rahmen von „SuKoBa“ ein modulares, parametrierbares Batteriemanagement. Es soll das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten organisieren und zugleich das Gesamtsystem überwachen. Das System soll es erlauben, die relevanten Parameter im Betrieb sowohl anwendungsspezifisch als auch situationsabhängig anzupassen.

14.5.2021 | Quelle: Fraunhofer IEE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH.com