Rural-Li – Robuste Lithiumbatteriesysteme für den Einsatz in PV-Inselanlagen kleinerer Leistung

Entwicklung eines robusten, hocheffizienten, langlebigem und kosteneffizientem Lithium-Ionen Batteriesystem mit einem passivem Kühlsystem basierend auf Phasenwechselmaterialien (PCM).

In Rurali-Li wird ein robustes, hocheffizientes, langlebiges und kosteneffizientes Lithium-Ionen-Batteriesystem mit integriertem Wechselrichter für den Einsatz in PV-Inselanlagen kleinerer Leistung entwickelt. Das System erfüllt Anforderungen, die sich aus dieser Anwendung und den spezifischen Umgebungsbedingungen der potentiellen Zielmärkte ableiten. Spezifische Umgebungsbedingungen sind zum einen hohe Umgebungstemperaturen in sehr heißen Regionen, Gegenden mit hoher Luftfeuchtigkeit und Bergregionen. Aus diesen für Inselanwendungen typischen Umgebungsbedingungen leiten sich besondere Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Robustheit, des Batteriemanagements, des thermischen Managements sowie des Sicherheitskonzeptes ab.

Ausgangspunkt für die Einreichung dieses Zieles sind eine genaue Analyse in Frage kommender Lithium-Ionen Zellen, eine umfangreiche elektrische und thermische Charakterisierung der Zellen im Labor, Alterungsuntersuchungen sowie die Entwicklung von angepassten Zellmodellen als Basis für eine optimierte Systementwicklung.

Aufgrund der zu erwartenden hohen Umgebungstemperaturen in vielen PV-Inselsystemanwendungen wird im Rahmen dieses Projektes der Einsatz von Phasenwechselmaterialien als thermischer Puffer im Batteriemodul untersucht. Durch Speicherung von latenter Wärme soll bei möglichst geringen Bauvolumen die Betriebstemperatur einen definierten Wert möglichst nicht oder nur für kurze Zeit überschreiten. Neben dem Einsatz von Phasenwechselmaterialien werden alternative konventionelle Kühlkonzepte hinsichtlich ihrer Robustheit, Zuverlässigkeit und den spezifischen Kosten berücksichtigt und mögliche Optimierungspotentiale identifiziert.

Um das Ziel eines optimiertes Systemdesigns des Lithium-Ionen Batteriesystems mit integriertem Wechselrichter speziell für die rauen Umgebungsbedingungen von PV-Inselanlagen zu erreichen, werden Modelle für die einzelnen Komponenten entwickelt, anhand von verfügbaren Messdaten validiert und in ein Systemmodell für PV-Inselanlagen eingepflegt. Mit diesem Systemmodell können verschiedene Anlagenkonzepte für unterschiedliche Umgebungsbedingungen untersucht werden. Ziel ist es dabei, eine Systemlösung zu identifizieren, die ein möglichst breites Anwendungsspektrum abdeckt und gleichzeitig auf der Kostenseite ein Optimum für dieses sehr preissensitive Marktsegment darstellt. Dabei müssen neben den Investitionskosten insbesondere die Lebensdauerkosten berücksichtigt werden. Für diese Kostenanalyse stellen die Alterungsuntersuchungen und das daraus abgeleitete Alterungsmodell die Basis dar.