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Leistungsstarke Kurzzeitspeicher
Bei der Betrachtung des Strom-Spannungsverhaltens und des thermischen Verhaltens im Kurzzeitbereich und deren Auswirkungen beispielsweise auf das Langzeitverhalten von elektrochemischen Energiespeichern haben sich Effekte gezeigt, die ohne eine erweiterte Modellvorstellung nicht erklärbar sind. Nur durch disziplinenübergreifende Sichtweise über den „Tellerrand“ hinweg lässt sich ein Energiespeichersystem für die jeweilige Anwendung optimal dimensionieren, betreiben und nachbilden.
Deshalb spielt die systemische Betrachtung der jeweiligen Energiespeichertechnologie in der entsprechenden Umgebung eine wesentliche Rolle, da immer Wechselwirkungen zwischen den einzelnen technischen Systemen bestehen. Dies betrifft zum Beispiel die gegenseitige Rückwirkung des Verhaltens eines Batteriespeichers über eine Leistungselektronik auf das Netz und umgekehrt. Aus wissenschaftlicher Sicht ist daher insbes. die Weiterentwicklung von Batteriemodellen für den hochdynamischen Einsatz und die Auswirkungen großer Leistungsgradienten auf das elektrische und thermische Verhalten allgemein und auf die Lebensdauer von Batterien im Speziellen von großem Interesse. Die systemische Grenzbetrachtung von Energiespeichersystemen in dynamischen Anforderungen hat folgende grundlegende wissenschaftliche Fragestellungen im Fokus:
- dynamisches Batterieverhalten bei Misch- und Wechselstrombelastungen, hier z.B. die Auswirkungen pulsförmiger Belastungen auf elektrochemische Speicher (Lithium-Plating bei Schnellladungen), Batteriealterung
- Bestimmung der Stromdichteverteilung / Feldberechnung bei transienten Belastungen in elektrochemischen Systemen und Maßnahmen zur Verbesserung der Stromdichteverteilung in elektrochemischen Systemen
- Entwicklung von schonenden und sicheren Schnellladeverfahren
- Identifikation von Schädigungen durch In-Situ-Verfahren
- Alterungsmodelle (physikalisch / chemisch, ereignisbasiert)
- Aufbau von Batteriesystemen (Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Übertragbarkeit bei der Betrachtung von Laborzelle, Zelle, Modul und System)
- Wechselwirkungen zwischen Energiespeicher und Anwendung (z.B. Netz - Wechselrichter – Batteriespeicher)
- Aktive Filterung von Leistungsschwankungen durch Multiskalen-Energiespeichersysteme
- Vergleich / Bewertung konkurrierender Energiespeichersysteme
Ziel sind allgemein gültige Auslegungsverfahren für die optimierte Betriebsführung und Zustandsdiagonse von elektrischen Kurzzeitspeichersystemen bei elektrisch dynamischen Grenzbelastungen unter Berücksichtung der Wechselwirkungen zu Umrichtern, Antrieben und Versorgungsnetzen. Neben der Modellierung, analytischen Betrachtungen und vor Allem Lebensdaueruntersuchungen und Prognosen werden außerdem Grenzbereiche unterschiedlicher Batterietypen experimentell geprüft.