Forschungsprojekt: Modularer Speicher steigert Flexibilität und Lebensdauer der Batterien

Karlsruhe - Der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix steigt. Da Sonnen- und Windenergie fluktuieren, werden im öffentlichen Stromnetz leistungsfähige Energiespeicher erforderlich, die eine stabile Versorgung gewährleisten. In einem Forschungsprojekt am KIT wird ein modulares System entwickelt, das die Flexibilität deutlich steigern soll.

Verschiedene Energiespeichertechnologien flexibel zu kombinieren und die Batteriemodule über einen netzfreundlichen Wechselrichter an das Stromnetz anzubinden, das ist das Konzept des Projekts LeMoStore. In dem neu gestarteten Verbundvorhaben arbeitet das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammen. LeMoStore zielt ab auf eine maximale Lebensdauer der Batteriemodule und eine stabile Stromversorgung mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien.

Forschende untersuchen neuen Ansatz: Lade- und Entladeleistung strategisch aufgeteilt
Herkömmliche Speicherkonzepte im öffentlichen Stromnetz mit etablierten Technologien wie Lithium-Ionen-Akkus kombinieren viele Batteriezellen zu einem großen Energiespeicher. Dieser wird, ähnlich wie bei Photovoltaikanlagen, über einen Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, an das Stromnetz angeschlossen.

Das Forschungsprojekt „Lebensdaueroptimierte Integration Modularer Energiespeicher in Stromnetze“ (LeMoStore) unter Federführung des KIT verfolgt einen neuen Ansatz. 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“, so Professor Marc Hiller, Mitglied der Institutsleitung am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT.

Im Verbundvorhaben LeMoStore arbeitet das KIT mit der Technischen Hochschule Aschaffenburg (TH AB) sowie den Industriepartnern BMZ Germany GmbH, BATEMO GmbH, Hottinger Brüel & Kjær GmbH, Linde Material Handling GmbH, KION Battery Systems GmbH (KBS) und Mainsite GmbH & Co. KG zusammen. Startschuss für das auf drei Jahre ausgelegte Projekt war am 1. Juni 2021. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert LeMoStore mit rund 1,7 Millionen Euro.

Modulare Multi-Level-Umrichter ermöglicht individuelle Kombination verschiedenster Batteriemodule
Im Fokus der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen steht ein modularer Baukasten mit neuartigen Power Electronic Storage Blocks (PESB), über die sich die Batteriemodule individuell kombinieren lassen. Dass ermögliche eine hohe Flexibilität, so Professor Marc Hiller vom KIT. Dazu nutzen die Forschenden einen sogenannten Modularen Multi-Level-Umrichter (Modular Multilevel Converter - MMC), der aus zahlreichen leistungselektronischen Baugruppen besteht (MMC-Zellen). In Kombination mit einer Batterie bildet eine MMC-Zelle einen PESB. Durch die Verschaltung und Regelung der einzelnen PESB entsteht ein Umrichtersystem, das mit hoher Effizienz Gleich- in Wechselstrom wandeln kann und umgekehrt. Gleichzeitig lassen sich die gewünschte Leistungsaufnahme und -abgabe der einzelnen Batteriemodule präzise kontrollieren. Deshalb können auch gebrauchte Batteriemodule (beispielsweise aus Elektrofahrzeugen) eingesetzt werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems reduziert werden muss.

Forschende modellieren Gesamtsystem und testen unter verschiedensten Betriebszuständen
Um die optimale Energieverteilung in Echtzeit zu bestimmen, modellieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein Gesamtsystem. Durch die verwendete Hardware können sie eine realistische Netzumgebung simulieren und Wechselstromnetze bis 1 kV und Gleichstromnetze bis 1,5 kV nachbilden. Die Forschenden können damit den LeMoStore Demonstrator in allen auftretenden Betriebszuständen testen und seine Funktionsweise validieren und verifizieren.

Quelle: IWR Online
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