Forschungsprojekt SuKoBa

Optimierung von Batteriesystemen durch Integration von Superkondensatoren für Hochleistungsanwendungen

Werden elektrische Batteriesysteme für Anwendungen mit kurzzeitigen hohen Leistungsspitzen eingesetzt, so lassen sich diese aufgrund physikalisch begründeter Relationen zwischen Kapazität und Maximalleistung in vielen Fällen nur schwierig wirtschaftlich auslegen. In solchen Anwendungsfällen ist es sinnvoll, die Batterien mit Superkondensatoren (SuperCaps) zu kombinieren, um erstere von den Leistungsspitzen zu entlasten. Ziel ist es, zu einer vorteilhafteren Auslegung in Bezug auf Baugröße, Lebensdauer und Kosten des Speichersystems zu kommen. 

Beispielhafte Anwendungsfälle, in denen solche Hybridspeichersysteme sinnvoll zum Einsatz kommen können:

• Stationäre Speicher, die u.a. zur transienten Netzstützung für schnelle Primärregelung und synthetische Trägheit eingesetzt werden
• Elektrofahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, mit begrenzter Reichweite und häufigen Anfahr- und Bremsvorgängen.

Es ist qualitativ bekannt, dass in solchen Anwendungsfällen durch Kombination mit SuperCaps die Lebensdauer der Batterien deutlich verbessert werden kann, wodurch sich wiederum eine Verringerung der erforderlichen Batteriekapazität und eine Verbesserung der Systemkosten über die Gesamtlebensdauer (Total Cost of Ownership) ergibt. Jedoch fehlten bisher die Werkzeuge, die eine systematische Systemauslegung und Betriebsoptimierung unter Berücksichtigung des Einflusses der Betriebsparameter auf die Alterung erlauben.

Zielsetzung des vorgeschlagenen Verbundvorhabens ist es daher, eine geeignete Methodik und darauf basierende Auslegungswerkzeuge und Regelungsverfahren für den anwendungsübergreifenden Einsatz von Hybridspeichersystemen zu entwickeln. Übergeordnete Zielsetzung ist es, den Einsatz von Batteriespeichersystemen für Hochleistungsanwendungen zu erschließen, in denen bisher eine wirtschaftliche Anwendung nicht möglich war.

Entwicklung eines Demonstrators für den Hybridspeicher, Demonstration des Speicherkonzeptes und der Regelungsverfahren für die Anwendungsfälle Netz und Fahrzeug

Für eine Verifizierung der Auslegungsverfahren wurde ein hoher experimenteller Aufwand betrieben. Im Projekt wurden mit dem Tool ausgelegte Demonstratoren gebaut und für verschiedene Anwendungsfälle im Labor erprobt. Dabei ist die sichere Funktionserfüllung unter Einhaltung aller relevanten Randbedingungen gezeigt worden.

BaSiS: Weiterentwicklung und Integration des elektrochemischen Modells und Alterung

Im Projekt SuKoBa wurde das elektrochemische SuperCap -Modell BaSiS CAP in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Skeleton Tech weiterentwickelt. Es erfolgte eine Kopplung an das Lithium-Ionen-Alterungsmodell BaSiS LIB. Für die Modell-Parametrisierung wurde eine große Anzahl von Messungen im Labor durchgeführt, um damit die Parameter für das BaSiS LIB Modell zu bestimmen.

Wir bedanken uns bei unseren Konsortialpartnern und dem BMWK für ein sehr erfolgreicheres Projekt.