Entwicklung von Batterie­systemen

Batterieentwicklung – Aufbau von Batteriemodulen und -systemen

Aufbau eines Hochleistungssystems
© Fraunhofer ISE

Aufbau eines Hochleistungssystems am Fraunhofer ISE.

Für verschiedene Technologien – derzeit mit den Schwerpunkten Lithium-Ionen-Batterien, Blei-Säure-Batterien und Redox-Flow-Batterien – entwickelt das Fraunhofer ISE Stacks, Module und Systeme mit den notwendigen Sicherheitskonzepten für die unterschiedlichsten Anwendungen. Die Module werden an die jeweiligen Anforderungen der Zellen und der Applikation angepasst und stellen so die notwendige mechanische Stabilität sowie Zuverlässigkeit sicher, unabhängig davon ob mit Flüssigkeit oder Luft gekühlt wird. Wir können Systeme bis in den MW / MWh-Bereich aufbauen. Zur Unterstützung dieser Aktivitäten werden thermische, elektrische und elektrochemische Modelle von der Zelle bis zum System entwickelt und eingesetzt. Anwendungen sind z. B

  • PV-Inselsysteme
  • Heimspeicher zur Eigenverbrauchserhöhung sowie für Netzdienstleistungen
  • Batteriegroßspeicher für Windkraftanlagen und PV-Kraftwerke
  • Mobile Speichersysteme für tragbare Geräte
  • Elektromobilität (Straße, Wasser, Luft)

Elektrische, elektrochemische und thermische Charakterisierung von Einzelzellen, Batteriemodulen und Batteriespeichern bis 250 kW

Egal ob Einzelzelle, Heimspeicher oder Großspeicher für Netzdienstleistungen, wir erstellen in Absprache mit unseren Kunden die passenden Testpläne und charakterisieren in unserem umfassend ausgestatteten Lab Batteries aller Speichertechnologien.

Thermisches Management und Kühlsysteme

Thermische Charakterisierung eines Batteriemoduls
© Fraunhofer ISE

Thermische Charakterisierung eines Batteriemoduls.

Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb eines Batteriespeichers, besonders in Verbindung mit einer hohen Lebensdauer der eingesetzten Zellen, kommt dem thermischen Management eine besondere Bedeutung zu. Allerdings benötigt die Kühlung zusätzliche Energie, weshalb die Effizienz in der praktischen Anwendung häufig deutlich unter den optimalen Werten liegt. Das Fraunhofer ISE entwickelt daher hocheffiziente Kühlkonzepte und -systeme, die effizienzoptimiert sind und dennoch sämtliche Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfüllen. Hierzu werden modernste simulationsbasierte Verfahren zur optimierten Auslegung des Kühlsystems und zur Entwicklung bestmöglicher Betriebsführungsstrategien eingesetzt. Die dabei eingesetzten Modelle werden mit Messdaten aus dem Batterielabor parametrisiert und validiert. Zur thermischen Untersuchung und Überprüfung stehen unter anderem hochgenaue Kalorimeter und Wärmebildkameras zur Verfügung.

Elektrische Sicherheitskonzepte

Moderne Batteriesysteme, z. B. auf der Basis von Lithium-Ionen-Batterien, benötigen zum sicheren Betrieb Batteriemanagementsysteme, die die Batteriezellen jederzeit in einem sicheren Zustand halten. In Fehlersituationen muss eine Abschaltung jederzeit gewährleistet sein. Hier ist auch die funktionale Sicherheit des Batteriesystems in Zusammenspiel von Hard- und Software ausschlaggebend. Das Fraunhofer ISE berät und erstellt ein entsprechendes Gesamtkonzept, das die Grundlage für die Zertifizierung des Batteriesystems darstellt.

Unsere FuE-Leistungen in diesem Arbeitsgebiet umfassen:

  • Elektrische, elektrochemische und thermische Charakterisierung von Einzelzellen, Batteriemodulen und Batteriespeichern bis hin zur MW-Klasse
  • Entwicklung von Batteriemodulen und -systemen
  • Thermisches Management und Kühlsysteme
  • Sicherheitskonzepte für Batteriesysteme