Hochspannungsmakrozelle - Gestapelte eigensichere Hochspannungsbatteriespeicher
Ref.-Nr. 7055
Keywords: Batterie, Hochspannungszelle
Im Rahmen der Energiewende wird die Speicherung von elektrischer Energie in Batterien und Akkumulatoren immer wichtiger. Aktuell kommen dabei Batterie-Stacks mit einer maximalen Spannung von 1500 Volt zum Einsatz, was bei hohen Leistungen zu hohen Wärmeverlusten führt und einen großen Materialeinsatz erfordert. Nicht so bei einer Hochspannungsmakrozelle aus der Fachhochschule Dortmund: Einzelne Speichermodule („FOXe“) werden in Rohrsystemen zu einer Makrozelle zusammengefügt, die eine Spannung bis zu 1500 Volt zur Verfügung stellen kann. Batteriesysteme aus parallel oder in Reihe geschalteten Makrozellen ermöglichen eine Spannung von bis zu 20.000 Volt. Der Vorteil: Der modulare Aufbau ermöglicht skalierte Gesamtsysteme und erlaubt effiziente Wartung, Betrieb und Montage von großen Gesamtspeichern. Auch ein „Cellbalancing“ zur Erhöhung der Lebensdauer der einzelnen Zellen wird möglich, denn die Position der gestackten Einzelspeicherzellen innerhalb des Gesamtsystems kann leicht gewechselt werden, was zu einer „ausgewogenen Belastung“ der Zellen beiträgt.
Vorteile
- Modularität
- Hohe Packungsdichte
- Hohe Verfügbarkeit und Up-Time Zeiten
- Geringerer Wärmeverlust
- Geringerer Materialeinsatz
- Cellbalancing möglich
Kommerzielle Anwendung
Der generelle Vorteil der Technologie besteht darin, dass die Ströme aufgrund der hohen Spannungen bei gleichbleibender Systemleistung deutlich kleiner sind – es entsteht weniger Abwärme und es ist weniger Material für die Stromverteilung nötig. Die Erfindung ermöglicht einen modularen Aufbau eines Energiespeichers für hohe Spannungen bis zu 20.000 Volt. Sie eignet sich daher für den Einsatz im LKW-Bereich und besonders zur Energiespeicherung auf der Mittelspannungsebene.
Aktueller Stand
Erste Labormuster wurden hergestellt, die die Funktionstauglichkeit der Technologie belegen. In einem weiteren Projekt wird derzeit eine Pilotanlage geplant und aufgebaut. Eine Anmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt ist erfolgt. Weitere Nationalisierungen sind im Rahmen einer PCT-Anmeldung möglich.
Technologie-Reifegrad
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Nachweis der Funktionstüchtigkeit
Relevante Veröffentlichungen
Leßmann, Kempen, Tamms: „Anwendung eines FEM gestützten Ersatzschaltbildes für die transiente Analyse eines 12 kV-Hochspannungsbatteriespeichers“, VDE Hochspannungstechnik, 2022, Berlin, DE
Leßmann, Thurow, Kempen: “Estimation of Transient Signals for the Insulation Coordination in a 10 kV Battery Energy Storage System”, International Symposium on High Voltage Engineering (“ISH”), 2023, Glasgow, UK
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Eine Erfindung der Fachhochschule Dortmund.
