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Batteriesysteme

Batteriesysteme können einzelne Zellen bis hin ganzen Batteriepacks bestehend aus meheren Modulen umfassen. Der Begriff Batteriesystem beinhaltet darüber hinaus Anschluss, Sensorik, Gehäuse sowie das Batteriemanagement für die Energiespeicherlösungen.

Je nach Zielsetzung eines Batteriesystems werden unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf Energie, Leistung und Netzanschluss berücksichtigt.

Ebenso wichtig wie die Anwendung der Batterie ist die verwendete Zellchemie, die Auswirkungen auf die zulässige Spannung, den Strom, die Temperatur und die Alterung hat und somit die Leistungsfähigkeit und Nutzmöglichkeiten der Anlage beeinflusst.​

 

 

Second-Life Batterien

Für den Einsatz in stationären Speichern bzw. weniger Energie- und Leistungsdichte kritischen Systemen kommt die Wiederverwendung von gebrauchten Batterien aus mobilen Anwendungen wie Mobiltelefonen, Notebooks oder Elektrofahrzeugen in Betracht. Vor Verwendung der Second-Life Batterien müssen Informationen und Daten über die Zelltypen und deren Betriebsverlauf gesammelt werden. Darüber hinaus werden Testroutinen entwickelt, anhand deren der Gesundheitszustand sowie die voraussichtliche Betriebsdauer für die neue Anwendung abgeschätzt werden. Für die Bestimmung des Gesundheitszustandes erfolgt eine Definition der relevanten Zellparameter, die entsprechend zu bestimmen sind. Nach der Charakterisierung der Zellen erfolgt eine wirtschaftliche Analyse, wobei Mindestanforderungen für Gesundheitszustand und Restlebenszeit festgelegt werden. Erfüllen die Second-Life Zellen die Anforderungen, können die Kosten bei einer Wiederverwendung niedriger ausfallen, als beim Kauf neuer Zellen. Darüber hinaus ist der ökologische Aspekt zu berücksichtigen.

Hybridspeicher

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Bei Hybridspeichern werden durch vorteilhafte Kombination von zwei oder mehr Energiespeichertechnologien die sich ergänzenden Betriebseigenschaften wie eine hohe Energie- und Leistungsdichte, Zykleneffizienz, Lebensdauer oder geringe Selbstentladungsraten, Einrichtungskosten usw. ausgenutzt, um die Schwächen der jeweils anderen Technologie ausgleichen zu können. Bei leistungsstarken Speichern mit geringer Energiedichte kann durch Hinzunahme eines Speichers mit hoher Kapazität der Gesamtenergiedurchsatz stark verringert werden und die thermische Belastung des evtl. leistungsschwächeren Speichers wiederum, die durch Reaktionen mit hoher Entladungsrate verursacht werden, gering gehalten werden.
Die Auswahl der Struktur und die Dimensionierung für hybride Energiespeichersysteme (HESS) erfordert ein tiefes Verständnis aller ihrer Komponenten. Anhand von Prototypen können die möglichen Konfigurationen getestet werden. Modelle der einzelnen Speichertechnologien und der erforderlichen Leistungs- und Steuerungselektronik sind erforderlich, um anhand von Simulationen die Auswirkungen verschiedener Technologien und weiteren Einflussfaktoren zu untersuchen und relevante Ergebnisse zu vergleichen.

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HESS sind normalerweise über Stromrichtern mit einem Gleichstrom- oder Wechselstromnetz verbunden. Es gibt verschiedene Konverter, deren Auswahl von der Anwendung abhängt. Leistungswandler dienen zur Steuerung des Leistungsflusses zwischen den verschiedenen Speicherelementen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, verschiedene Batterien mit Stromwandlern zu koppeln. Die Leistungswandler können sowohl in Reihen- als auch in Parallelschaltung angeordnet sein. Abhängig von der Komplexität der Steuerungsstrategien kann der Einsatz von Leistungswandlern und Mikrocontrollern teuer sein. Daher ist die richtige Abwägung zwischen wirtschaftlicher Durchführbarkeit und technischen Vorteilen entscheidend bei der Entscheidung zur Verwendung und Auslegung von HESS.

Eine der großen Herausforderungen bei HESS liegt im Design und der Auslegung des Energiemanagements, um eine sinnvolle Leistungsaufteilung auf die verschiedenen Speichertechnologien zu erreichen. Als Folge der unterschiedlichen Ladezustandsänderungen der angeschlossenen Batterien entsteht häufig ein Ungleichgewicht zwischen dem DC-Link-Bus und der Batteriespannung. Diese Änderung tritt auch nach sorgfältiger Auslegung auf. Eine feste Struktur eines HESS scheint nicht ausreichend, um dieses Problem zu lösen. Desweitern fehlt es an vergleichenden Studie in Bezug auf Energieeffizienz, Kapazitätsauslastung, Skalierbarkeit, Flexibilität, Hot-Swap-Fähigkeit, Kosten und weitere Optimierung der Gesamtsysteme sind notwendig. Weitere kritische Bereiche von HESS sind die Ladungszuordnung, der Ladungsaustausch und die Ladungsmigration innerhalb der Energiespeichersysteme.

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