Elektromobilität Forschungsprojekt Fluxlicon: Second-Live-Batterien für den Einsatz in Kommunen

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Der RWTH-Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components, Dekra, die Agentur für Erneuerbare Energien, ConAC und PEM Motion haben das 2021 gestartete Projekt Fluxlicon beendet. Im Rahmen dessen wurde ein Speicher aus gebrauchten Elektrofahrzeugbatterien entwickelt, dessen Speicherarchitektur eine Netzschnittstelle für die Integration erneuerbarer Energien sowie Fast Charging bietet.

„Die meisten Antriebsakkus sind mit einer Restleistung von rund 80 Prozent für einen weiteren Einsatz in Elektroautos nicht mehr geeignet, aber sie verfügen über genügend Kapazität für eine noch einmal mehrjährige Second-Life-Anwendung in modularen Energiespeichern“, erklärt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Dafür wurde ein Algorithmus zur Ansteuerung aller Second-Life-Batterien des Hochvolt-Speichers erarbeitet und 144 Permutationen analysiert, um einen bestmöglichen Prototyp für unterschiedliche Anwendungsfälle hervorzubringen.

Versorgungssicherheit

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Intelligentes und flexibles System zum Einsatz von Second-Life-Batterien in der kommunalen Ladeinfrastruktur“ (Fluxlicon) arbeitet man mit acht Kommunen in Deutschland zusammen. Dabei werden verschiedene Anwendungsfälle für den Speicher entwickelt. In zwei Pilotkommunen wird jeweils ein Speicher aufgestellt und erprobt. „Jede Gemeinde hat eigene Verbrauchsprofile mit immer mehr Stromquellen und verschiedenen Energiesenken, so dass stationäre Speicher eine entscheidende Rolle bei der Versorgungssicherheit spielen können“, betont Merlin Frank, der Projektverantwortliche am PEM für Fluxlicon. Eines der beiden Speichersysteme mit einer Netzschnittstelle für die Integration erneuerbarer Energie sowie einer Schnellladeoption wurde bereits in Wolfenbüttel installiert. Der zweite Speicher soll im Februar nach Ludwigsburg transportiert werden. Im Rahmen dessen hatte die Dekra eine Trusted Platform entwickelt, die als Schnittstelle zwischen den Inverkehrbringern der Elektrofahrzeug-Batteriesysteme sowie den Zweitnutzern fungiert und sämtliche Daten bereitstellt, die für eine Weiterverwendung gebrauchter Batteriesysteme relevant sind.

Funktionsweise des Speichers

Das Speichersystem besteht aus drei Bereichen:

• Steuerung,

• Niederspannungs- (Low-Voltage, LV) und

• Hochspannungssystem (High Voltage, HV).

Die Steuerung überwacht und steuert das Gesamtsystem. Zusätzlich ermöglicht eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human-Machine-Interface, HMI) die Kommunikation mit dem Speichersystem. Über das HMI wird der Systemzustand sichtbar dargestellt.

Im Hochspannungssystem wird die elektrische Energie gespeichert und bereitgestellt. Dazu werden Traktionsbatterien einzeln, parallel über Gleichspannungswandler an einen gemeinsamen DC-Zwischenkreis angeschlossen. Die Spannungswandler erhöhen die variable Batterie-Pack-Spannung auf ein festes Niveau am Gleichspannungszwischenkreis, das zwischen 750 und 950 V liegt. Gleichzeitig entkoppeln sie die einzelnen Batterie-Packs voreinander und erleichtern damit deren Ansteuerung. Vom Zwischenkreis wird die Gleichspannung über Wechselrichter in AC-Spannung umgewandelt, um die Energie dann über den Netzanschlusspunkt in das Niederspannungs- oder Mittelspannungsnetz einzuspeisen.

Das Niederspannungssystem ist für die Energieversorgung der Komponenten verantwortlich. Alle elektrischen und elektronischen Systemkomponenten müssen für eine zuverlässige Funktionsweise dauerhaft mit elektrischer Energie versorgt werden. Weil jede Systemkomponente entweder mit 12 oder mit 24 V versorgt werden muss, sind zwei Spannungsniveaus durch das LV-System bereitzustellen. Dazu kommen LV-Spannungswandler zum Einsatz, die die Netzspannung auf 12 oder 24 Volt umwandeln.

Markt für Gebrauchtbatterien

Darüber hinaus hat das PEM im Rahmen des Projekts verstärkt zu ökonomischen Aspekten geforscht und einen Index für die Bepreisung gealterter Antriebsbatterien erstellt. „Die wachsende Elektrofahrzeug-Nachfrage und die steigende Zahl ausgedienter Batteriesysteme erzeugen einen Markt für Gebrauchtbatterien“, unterstreicht Frank: „Das Verständnis dieses Segments und seiner Dynamik ist für eine funktionierende Batterie-Kreislaufwirtschaft von entscheidender Bedeutung.“ Der Second-Life-Batteriepreis-Index des PEM-Teams erhöhe die Kostentransparenz für Lithium-Ionen-Batterien und wird in der kostenfrei zugänglichen Veröffentlichung „Understanding the Economics of Aged Traction Batteries: Market Value and Dynamics“ näher beschrieben. (se)

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