Steuerung von Energiespeichern
Es gibt zwar verschiedene Energiespeichersysteme (ESS) auf dem Markt, aber jedes ESS hat Einschränkungen, die seinen Anwendungsbereich einschränken. Beispielsweise ist jedes ESS durch seine Leistung oder Energiedichte begrenzt, während eine ideale Anlage gleichzeitig gute Qualitäten in beiden Größen erfordert. Daher ist es sinnvoll, ein System mit einer Kombination aus zwei ESS zu entwickeln, das die Nachteile eines einzelnen ESS durch die Kombination beider Vorteile überwinden kann.
Durch die Hybridisierung können verschiedene forteilhafte Effekte erzielt werden, allerdings ist es in diesem Fall unumgänglich, die Funktionalität der beiden zusammenarbeitenden Systeme zu kontrollieren. Aufgrund der Komplexität eines hybriden Energiespeichersystems (HESS) sind einige Herausforderungen zu bewältigen, wie z. B. die genaue Abschätzung des internen Zustands des Systems, die Verlängerung der Batterielebensdauer und die Realisierung einer koordinierten und optimierten Steuerung von Leistung und Energie im Design.
Kombination von Lithium-Ionen-Batterien mit Schwungrädern
Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion-Batterien) sind derzeit die am häufigsten verwendeten ESS in den unterschiedlichsten Größenordnungen, von Telefonen und Laptops bis hin zu Elektrofahrzeugen und der Speicherung von Energie im Netz. Werden Lithium-Ionen-Batterien jedoch mit stark schwankender und schnell wechselnder Leistung eingesetzt, nutzen sich die Batterie schneller ab und ihre Lebensdauer verringert sich. Andererseits können schnell-dynamische ESS wie Schwungrad-Energiespeichersysteme (Flywheel Energy Storage Systems, FESS) schnell auf Leistungsänderungen reagieren, ohne dass dies nennenswerte Auswirkungen auf ihre Lebensdauer hat. Daher wird die Kombination dieser beiden Systeme für HESS-Anwendungen untersucht.
Forschungsschwerpunkt: Laborvalidierung
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Steuerung hybrider Energiespeichersysteme, insbesondere auf die Validierung von Geräten mit hoher Leistungsdichte. In unserer Studie verwenden wir zwei 60-kW-Schwungräder und einen 400-kW-30-F-Superkondensator, die mit einem Power Hardware in the Loop (PHIL)-Aufbau im Energy Lab 2.0 verbunden sind, was eine Anschlussleistung von bis zu 1 MW ermöglicht.
Ein entscheidender Aspekt der Steuerung von hybriden Energiespeichersystemen ist die effektive Verwaltung des Ladezustands (SOC). Die Aufrechterhaltung eines optimalen SOC ist entscheidend für die Maximierung der Energienutzung, die Aufrechterhaltung der Gesamtsystemleistung und die Verlängerung der Lebensdauer der Speicherkomponenten. Echte Schwungradtests sind eine wertvolle Plattform für die Bewertung der Leistungsfähigkeit und Robustheit von SOC-Steuerungsalgorithmen.
Indem wir das Schwungrad unterschiedlichen Lastprofilen und Umgebungsbedingungen aussetzen, können wir beobachten, wie gut das Steuerungssystem den SOC verwaltet, den Energiefluss reguliert und auf dynamische Leistungsanforderungen reagiert. Dieser Testansatz liefert wertvolle Einblicke in SOC-Steuerungsstrategien für hybride Energiespeichersysteme, die zu einer verbesserten Leistung, Zuverlässigkeit und einer besseren Integration mit erneuerbaren Energiequellen führen.
Darüber hinaus dienen die aus den realen Schwungradtests gewonnenen Erkenntnisse als wertvolle Referenz für die Entwicklung und Implementierung von Steuerungssystemen in anderen hybriden Speichertechnologien. Dies fördert die Entwicklung nachhaltiger Energielösungen und trägt zur Weiterentwicklung von SOC-Steuerungsstrategien bei.
