Elektrische Energiespeichersysteme

Leiter:

Dr.-Ing. Ralf Benger

 

 

 

wissenschaftliche Mitarbeiter:

Lennart Beushausen, M.Sc.
Dipl.-Ing. Frank Deblon
Dipl.-Ing. Alexander Oberland
Dipl.-Ing. Eric Tchoupou Lando
Marcel Thiele, M. Sc.

 

Arbeitsgruppe Energiespeicher

Die Arbeitsgruppe Energiespeicher befasst sich mit der Problematik, dass in elektrischen Energieversorgungsnetzen stets das Gleichgewicht von Energieerzeugung und Energiebedarf zu gewährleisten ist. Die hierzu einsetzbaren Speichertechnologien (Batterien, Superkondensatoren, Schwungradspeicher, Druckluftspeicher, etc.) sind vor allem bezüglich ihres dynamischen Verhaltens zu charakterisieren und ihr jeweiliges Anwendungsspektrum zu identifizieren.


In einem aktuellen Forschungsprojekt wird das dynamische Verhalten von Batterien bei impulsförmigen Belastungen untersucht. Als Begründung für diese Forschungsarbeiten dient die Erkenntnis, dass Batterien, die eigentlich Gleichspannungsquellen darstellen in vielen Anwendungen nicht mit Gleichstrom sondern mit höchst dynamischen Stromverläufen belastet werden. Bei Stromimpulsen mit großer Stromsteilheit entstehen an den Batterien hohe Spannungen, die über das Doppelte der Batterie-Nennspannung hinausgehen können. Diese Überspannungen verursachen in der Batterie Effekte, die bisher noch nicht vollständig geklärt sind.


Für die Batterie-Untersuchungen wurde am IEE ein spezieller Stromrichter entwickelt, mit dem rechteckförmige positive und negative Stromimpulsen bis 200 A und bis 20 kHz erzeugt werden können.  Das Gerät ist bezüglich der erzeugten Stromkurve und bezüglich Lade- und Entladekennlinien sehr flexibel parametrierbar und mit einer integrierten Messwerterfassung ausgestattet. Daher wurden im Rahmen einer Forschungskooperation zwei dieser Spezialstromrichter auch für das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg gefertigt und geliefert.


Im Rahmen der Forschungsarbeiten wird zunächst ein Batteriemodell auf ausschließlich elektrophysikalischer Basis bestimmt. Nach seiner Verifikation wird dieses Modell um elektrochemische Eigenschaften erweitert. Zur Parameteridentifikation dienen Impedanzspektren von Batterien in unterschiedlichen Lade- und Alterungszuständen. Erste Ergebnisse haben zum Teil gute quantitative Übereinstimmung zwischen Modell und durchgeführten Messungen ergeben. Eine Anwendung der bisherigen Ergebnisse findet sich in der Hochfrequenzheizung (ca. 24 kHz) von Batterien zur Verbesserung der Kaltstartfähigkeit.

 

 

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