Herkömmliche Energiespeicher-Konzepte mit etablierten Technologien, wie Lithium-Ionen-Akkumulatoren, kombinieren viele Batteriezellen zu einem großen Energiespeicher. Dieser wird, ähnlich wie bei Photovoltaik-Anlagen, über einen Wechselrichter – eine elektronische Schaltung, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt – an das Stromnetz angeschlossen. Einen neuen Ansatz verfolgt hingegen das Forschungsprojekt „Lebensdaueroptimierte Integration Modularer Energiespeicher in Stromnetze“, kurz LeMoStore.

Das Konzept sieht vor, mehrere kleine Batteriemodule, die auf verschiedenen Speichertechnologien basieren, flexibel zu kombinieren und effizient über einen netzfreundlichen Wechselrichter an das Stromnetz anzubinden. „Lade- und Entladeleistung werden strategisch aufgeteilt, um die maximale Lebensdauer der Batteriemodule zu erreichen und zugleich die anwendungsspezifischen Anforderungen an das Stromnetz zu erfüllen“, erklärt Marc Hiller, Mitglied der Institutsleitung am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT.

Batteriesystem als modularer Baukasten

„Wir erarbeiten sozusagen einen modularen Baukasten, mit neuartigen Power Electronic Storage Blocks (PESB). So lassen sich Batteriemodule individuell kombinieren, was eine hohe Flexibilität ermöglicht“, erläutert Hiller. Dazu nutzen die Forschenden einen sogenannten Modularen Multi-Level-Umrichter (Modular Multilevel Converter – MMC). Dieser Wechselrichter besteht aus zahlreichen leistungselektronischen Baugruppen. Die in die MMC-Zellen integrierten Batteriemodule sind Kern der Forschungsarbeiten im Labor für Leistungselektronik und elektrische Maschinen der TH AB. Durch die Verschaltung und Regelung der PESB kann das Umrichtersystem mit hoher Effizienz Gleich- in Wechselstrom wandeln und umgekehrt. Gleichzeitig lassen sich die gewünschte Leistungsaufnahme und -abgabe der einzelnen Batteriemodule präzise kontrollieren. So lassen sich auch gebrauchte Batteriemodule (beispielsweise aus Elektrofahrzeugen) einsetzen, ohne dass die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems reduziert werden muss.

Modularer Energiespeicher als Demonstrator im Energy Lab 2.0 getestet

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler modellieren ein Gesamtsystem, um die optimale Energieverteilung in Echtzeit zu bestimmen. Im Rahmen des Projekts realisieren sie das Gesamtsystem als Demonstrator. Zur Erprobung nutzen sie die Power Hardware in the Loop (PHIL)-Infrastruktur, die zum Energy Lab 2.0 am KIT gehört. Mithilfe von PHIL-Emulatoren lassen sich Wechselstromnetze bis 1 kV und Gleichstromnetze bis 1,5 kV nachbilden. In der PHIL-Testumgebung lässt sich die realistische Netzumgebung simulieren. Die Forschenden können damit den LeMoStore Demonstrator in allen auftretenden Betriebszuständen testen und seine Funktionsweise validieren und verifizieren.

Im Verbundvorhaben LeMoStore arbeitet das KIT mit der Technischen Hochschule Aschaffenburg (TH AB) und den Unternehmen BMZ Germany GmbH und Batemo GmbH als Partnern sowie mit den Unternehmen HBK – Hottinger Brüel & Kjær GmbH, Linde Material Handling GmbH, Kion Battery Systems GmbH (KBS) und Mainsite GmbH & Co. KG als assoziierten Partnern zusammen. Das Projekt startete am 1. Juni 2021 und ist auf drei Jahre angelegt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert LeMoStore mit rund 1,7 Millionen Euro.

Weitere Informationen zum Projekt „Lebensdaueroptimierte Integration Modularer Energiespeicher in Stromnetze“ sind unter diesem Link zu finden.

27.10.2021 | Quelle: KIT | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH