Energiespeicher- und Wandlersysteme

Leistungselektronik für Speicher

Im Einsatz erneuerbarer Energien kommt der Leistungselektronik eine hohe Bedeutung in der Umwandlung elektrischer Energie zu. Der Anteil an durch Leistungselektronik verarbeiteter elektrischer Energie wächst dabei stetig und umfasst Erzeugung, Transport und Vertrieb bis hin zum Endverbrauch. Auch die Einbindung von Energiespeichern und Wandlersystemen in Energiesysteme erfordert den Einsatz effizienter und intelligenter Leistungselektronik. Die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft haben es sich zum Ziel gesetzt, die Effizienz, Verfügbarkeit und Lebensdauer leistungselektronischer Systeme bei reduzierten Gesamtkosten zu steigern. Im Rahmen zahlreicher Projekte wird dabei an der Integration von Speichern durch Leistungselektronik geforscht, unter anderem im Bereich der Elektromobilität und der Stromnetze.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

power4re

Das Projekt »power4re« widmet sich der Entwicklung von Lösungen, mit denen die Zuverlässigkeit und Robustheit von Umrichtern zur dezentralen elektrischen Energiewandlung gesteigert werden kann.

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Simulation

Der Einsatz von Modellierungs- und Simulationswerkzeugen spielt für die Forschung und Entwicklung im Feld der Energiespeicher und Wandlersysteme eine wesentliche Rolle. So können beispielsweise in eigens entwickelten Simulationsumgebungen Daten zu physikalischen und elektrochemischen Vorgängen in verschiedenen Batterien und Brennstoffzellen gewonnen werden. Zudem erlauben unsere Batterie-Emulationen – also virtuelle Batterien – die Optimierung von Batterie-Management-Systemen (BMS). Mit den aus Simulationen und praktischen Untersuchungen gewonnenen Daten unterstützen wir unsere Kunden bei der Auslegung von Energiespeichern (Speichersystemen) sowie Mini- oder Microgrids und ermöglichen eine technoökonomische Bewertung von Speichertechnologien.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

hyPowerRange

Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts »hyPowerRange« wird ein neuartiges Batteriekonzept entwickelt und erprobt, welches eine kostengünstige modulare und flexible Auslegung der Leistung und Kapazität von Elektrofahrzeugbatterien ermöglicht.

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ViPro

Virtuelle Produktionssysteme in der Batteriezellfertigung zur prozessübergreifenden Produktionssteuerung

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Induktives Laden/ Drahtlose Energieübertragung

Im Vergleich zum Laden durch Stromkabel bietet induktives Laden zahlreiche Vorteile: So handelt es sich um eine flexible und komfortable Lösung, die weniger Gefahrenpotentiale birgt und eine verbesserte Integration in das Energieversorgungsnetz ermöglicht. Bidirektionales induktives Laden steigert insbesondere im Bereich der Elektromobilität den Bedienkomfort durch automatisierte Ladeprozesse und kann somit die Nutzerakzeptanz von Elektrofahrzeugen steigern. Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Energie erforschen die Möglichkeiten des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen und testen die Leistungsfähigkeit entsprechender Systeme unter realen Bedingungen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

Induktives Laden

Entwicklung eines induktiven Ladesystems für Batterie-Elektrofahrzeuge, welches einen autonomen Ladevorgang ohne jegliche Benutzerinteraktion ermöglicht.

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HiPoInd - High Power Inductive

Automatisierte, kabellose Schnellladetechnologie für autonome mobile Roboter und Flurförderzeuge.

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BiLawE

Im Rahmen des Projekts »BiLawE« werden ein bidirektionales induktives Ladesystem und dessen wirtschaftliche Einbindung in das Stromnetz realisiert.

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Speichermanagement und -monitoring

Im Bereich Speichermanagement und -monitoring mit Schwerpunkt Batterien gehören neben Batteriesimulation und -emulation auch die Entwicklung von Batteriemanagement-Software bzw. Algorithmen sowie Batterie(system)-Ferndiagnosen in Bezug auf Alterung, Restwert und Lebensdauerprognose zu den Kompetenzen der Fraunhofer-Institute. Für unsere Kunden bieten wir darüber hinaus Tests von Batteriemanagementsystemen mittels speziellen Testsystemen an.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

Haid-Power

Planung und Umsetzung eines innovativen Energiekonzepts für ein Entwicklungs- und Prüfzentrum für Batterien und Energiespeichersysteme in einem industriell und elektromobil geprägten Verteilnetz.

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StEff-Control

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, das Energiespeichersystem zukünftig flexibel an jede geeignete Neu- bzw. Altmaschine ohne erneuten Projektierungsaufwand applizieren zu können und dadurch die Durchdringung der Technologie zu maximieren.

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Living Lab

Praxis-Vergleich verschiedener Speicherstrategien für Plusenergiehäuser in exemplarischen Wohnsiedlungen.

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Performance- und Sicherheitsuntersuchungen

Der Faktor Sicherheit steht bei Entwicklung und Betrieb von Energiespeichern an erster Stelle. Hierfür identifizieren wir Gefahrenpotenziale und entwickeln entsprechende Normen und Prüfvorschriften, um zum Beispiel die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien und Wasserstoffspeichern zu verbessern. Durch sogenannte Post-mortem-Analysen können unsere Experten auch im Nachhinein Ursachen für den Ausfall von Speichersystemen bestimmen. Ebenso wird sichergestellt, dass Energiespeicher vor der Markteinführung eine Vielzahl an Sicherheitsuntersuchungen durchlaufen. Wir bieten für diverse Performance- und Sicherheitsuntersuchungen eine umfassende Infrastruktur, beispielsweise in Testlaboren für Lithium- und Redox-Flow-Batterien.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

OrtOptZelle

Während des Ladevorganges von Lithium-Ionen-Batteriezellen kommt es zu einer reversiblen und irreversiblen Ausdehnung, wodurch eine erhebliche mechanische Belastung in den Zellen selbst aber auch Druck auf die Nachbarzellen und das Gesamtmodul entstehen können. Diese mechanischen Belastungen haben eine direkte Auswirkung auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Batteriezellen. Das Projekt »OrtOptZelle« hat als zentrales Ziel, die lokalen Volumenänderungen und Druckverteilungen in der Zelle besser zu verstehen.

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NUBase – Neuartige Untersuchungsmethoden zur Batteriesicherheit

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Produktlebenszyklus und Recycling

Die Nachfrage nach Energiespeichern wuchs in den vergangenen Jahren enorm. Experten schätzen, dass beispielsweise der Energiespeicherbedarf für Lithium-Ionen-Batterien, vor allem durch die erhöhte Nachfrage des Automobilsektors, bis 2030 um fast das Siebenfache gegenüber 2020 steigen wird. Um Verluste im Produkt- und Stoffkreislauf zu vermeiden und negative Umweltwirkungen von Energiespeichern zu reduzieren, arbeiten Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Energieforschung an Konzepten zur wirtschaftliche Kreislaufführung von Speicherkomponenten. Ziel unserer Aktivitäten ist es, eine effiziente, wirtschaftliche und nachhaltige Wertschöpfungskette bzw. -kreislauf unter Einbindung aller relevanten Akteure aufzubauen. Im Bereich der Batterien zählen hierzu vor allem Rohstofflieferanten, Batteriezellhersteller, Inverkehrbringer sowie Recyclingunternehmen. Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung unterstützen ihre Kunden unter anderem bei der Entwicklung von Sicherheitstechnik, Automatisierung und Trennverfahren für die Demontage von Speichersystemen. Zudem bewerten wir Recyclingprozesse wirtschaftlich und ökologisch.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

AutoBatRec2020

Im Forschungsprojekt »Automotive Battery Recycling 2020«, wird daran gearbeitet, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Wege für das effiziente Recycling von Batterien zu identifizieren und für die industrielle Anwendung aufzuskalieren.

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Recyclingkreislauf von Antriebsbatterien

Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wuchs in den vergangenen Jahren enorm. Es stellt sich daher die Frage, wie der Rohstoffbedarf langfristig gedeckt werden kann.

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BeLiMIA

Beobachtung von Lithiumionenzellen mittels Zusammenführung von Messmethoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Alterungsvorgängen.

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DeMoBat

Industrielle Demontage von Batteriemodulen und E-Motoren.

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