ecoLEPuS – Second Life Batterien für den Einsatz in Hochleistungsanwendungen am Beispiel des Pufferspeichers in der Ladeinfrastruktur

Laufzeit: 09/2022 - 08/2025
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Kooperationspartner: E-Stream Energy GmbH & Co. KG, Smart1 solutions GmbH, Cool Tec Electronic GmbH, FEAG Bremen GmbH (assoziiert), KACO new energy GmbH (assoziiert)
Projektfokus:          
Geplanter Standort des Batteriespeichers mit Schnellladesäule am ISE Standort „Haidhaus“
© Fraunhofer ISE
Geplanter Standort des Batteriespeichers mit Schnellladesäule am ISE Standort „Haidhaus“.

Lithium-Ionen Batterien als Energiespeicher sind ein Schlüsselelement der Energie- und Verkehrswende. Insbesondere in der Elektromobilität wird diese Batterietechnologie in immer größeren Stückzahlen eingesetzt. Nach Erreichen des Endes der sinnvollen Nutzungsdauer im Fahrzeug lassen sich die Batterien stationär weiter nutzen, bevor sie dem stofflichen Recycling zugeführt werden. Auch wenn sich der CO2 Fußabdruck dadurch deutlich minimiert und die Kreislaufwirtschaft dadurch effektiver gestaltet wird, ergeben sich viele neue Fragestellungen, z B. zur Qualifizierung der Zellen für den stationären Einsatz, zur Kühlung und zur Systemeinbindung des stationären Batteriespeichers in die Infrastruktur. Diese Fragestellungen werden im Projekt ecoLEPuS eingehend untersucht.

Die Elektromobilität gilt als ein wesentliches Element eines zukunftsfähigen nachhaltigen Personen- und Güterverkehrs. Als Herzstück von Elektrofahrzeugen werden dabei Lithium-Ionen Batterien in immer größeren Stückzahlen eingesetzt. Diese Batterien werden am Ende ihrer Einsatzdauer aus den Fahrzeugen ausgebaut und müssen sinnvoll der Kreislaufwirtschaft zugeführt werden. Dies kann entweder durch die zwischenzeitliche Nutzung in anderen Anwendungen, dem sogenannten 2nd Life, oder direkt stofflich als Ressource für Sekundärrohstoffe erfolgen. Da Elektrofahrzeuge unterschiedlich genutzt werden, ist die Qualität und die noch zu erwartende Lebensdauer von 2nd-life Batteriezellen und -systemen sehr heterogen. Aus diesem Grund werden sie meist nur für geringe Leistungsanforderungen qualifiziert. Um die Ressource „Batterie“ jedoch besser zu nutzen, ist ein breiterer Einsatz von 2nd life Speichern anzustreben. Dies setzt in den meisten Fällen auch den Einsatz bei höheren Leistungsanforderungen voraus und bedingt eine anspruchsvolle Eignungsprüfung zur Qualifizierung der Zellen. Bei größeren Speichereinheiten ist zudem oft ein Refurbishment mit Komponentenaustausch nötig. Für einen sicheren, zuverlässigen und nachhaltigen Betrieb ist ferner eine Online-Zustandsüberwachung essentiell.

In diesem Projekt wird das Einsatzpotential von 2nd Life Batterien in einer Hochleistungsanwendung, wie sie in einer Schnellladestation für die Elektromobilität gegeben ist, untersucht. Dazu werden als Vorbereitung 2nd Life Batteriesysteme heterogener Qualität als Ganzes und ihre Komponenten im Einzelnen auf Degradation analysiert. Dann werden die geänderten Anforderungen an die Batterien in der neuen Anwendung, sowie die Anpassungspotentiale und -grenzen der Subsysteme ermittelt. Die Erkenntnisse dieser Untersuchungen fließen in das Design, die Auslegung und die spätere Optimierung der Batteriemodule und des Temperiersystems für die Zweitanwendung ein. Im Fokus stehen dabei Fragestellungen wie erhöhte Systemsicherheit, Eignung des Temperiersystems für den Notbetrieb und Demontagefreundlichkeit des Moduldesigns sowie ein einfacher Komponentenwechsel inklusive Austausch einzelner Zellen.

Für das ressourcenoptimierte und sichere Thermomanagement, den lebensdaueroptimierten Betrieb der Zellen und die Zustandsüberwachung im Betrieb (Qualität und Sicherheit) werden prädiktive Regelstrategien auf Basis von innovativen Methoden der Zustandserkennung entwickelt. Das daraus resultierende optimierte Design des hochleistungsfähigen Batteriesystems, das die Integration heterogener 2nd-Life-Zellen ermöglicht, wird durch einen prototypischen Aufbau mit Installation in einer Ladeinfrastruktur demonstriert. Die übergeordnete Steuerung übernimmt dabei ein intelligentes Energiemanagementsystem. Im Rahmen dieses Demonstrationsbetriebs werden die Systemperformance des entwickelten Pufferspeichers sowie dessen Nutzen für die flexible und netzfreundliche Schnellladung von Elektrofahrzeugen validiert.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Geschäftsfeldthema

Batteriesystemtechnik

Geschäftsfeld

Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher