Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Topologieanalyse von Speichersystemen

Ziel des Projekts ist die Analyse von Batteriesystemen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit von der Verschaltung der Zellen unter Beachtung der Streuung der Kapazitäten und der Alterung. Bisherige Batteriealterungs- und -charakterisierungstests umfassen in der Regel viele unterschiedliche Betriebspunkte. Nicht mit in Betracht gezogen werden jedoch zumeist die Streuungsbereite der Zellen sowie die Individualisierung ihrer Alterung. Dies kann insbesondere in Kombination mit der hohen seriellen Verschaltung, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen mit einer Spannungslage von ca. 400 V heutzutage üblich ist, zu einer unzureichenden Prognose über den kompletten Lebenszyklus des Systems sowie zu frühzeitigen Ausfällen führen. Vertieft untersucht werden soll daher, mit welcher Topologie sich in Abhängigkeit der Streubreite der Zellen die beste Systemlebensdauer erzielen lässt. Die Bewertung erfolgt nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Aufbauend auf bereits in vorangehenden Projekten gewonnen Daten hinsichtlich der Streuung auf Einzelzell- und Modulebene sollen statistische Modell entwickelt werden, die es ermöglichen Ausfallwahrscheinlichkeiten kompletter Batteriesysteme unter Beachtung ihrer Topologie zu berechnen. Als Eingangsgrößen für die Auslegung werden anwendungsspezifische Lastprofile vorgegeben. Diese Betrachtung wird durch eine Bewertung des Systemaufwands und damit der Produkt- sowie TCO Kosten sowie der generellen Sicherheit der Systeme ergänzt, so dass eine gesamtheitliche Bewertung der Ansätze und anwendungsspezifische Auswahl der Batteriekonzepte ermöglicht wird.

Es soll - je nach ausgewählter Zellart - eine Topologieoptimierung für KMU durchgeführt werden, so dass KMU keine Zellcharakterisierung durchführen müssen. Der Nutzerkreis wären also alle KMU, die ein Batteriesystem auslegen, produzieren und vertreiben.

Batterien leisten einen Beitrag zu emissionsfreier Elektromobilität und in Hausenergiespeichern zur verbesserten dezentralen Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom.

Das Vorhaben kann deutlich zur Verbesserung der Qualität und Lebensdauer wie auch zur Kostenreduzierung von Batteriesystemen für mobile wie auch für stationäre Anwendungen beitragen.

Ergebniszusammenfassung:

Lastprofile und Nutzungsverhalten zur Dimensionierung von Batteriespeichern.

Breite Datenbasis für Streuungen von Batterieparametern und Variationen in Alterungsgeschwindigkeiten, sowie die Auswirkung von Einzelzellfehlern in Batterieverschaltungen und Spontanausfällen.

Modelierungstool für Batteriespeicher mit elektrischem, thermischen und Alterungsverhalten und Beirücksichtung von Variationen.

Entwicklung von Auslegetools für Batteriespeicher mit Beirücksichtung von Variationen.

Stochastische Simulation einer Vielzahl von Batterien unter der Beirücksichtung von Variationen zu Quantifizierung von Fehlerraten in Speichern/Flotten von Speichern.

Kostenanalyse von Speichern und Optimierung hinsichtlich der unterschiedlicher Zellqualitäten.

Das Forschungsziel wurde erreicht.