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Optimaler Aufbau von Batteriesystemen für Windkraftanlagen

König, Sebastian; Leibfried, Thomas; Wandschneider, Frank; Röhm, Simon; Fischer, Peter

Abstract: Die Modellierung, Simulation und Optimierung eines großen Batteriespeichersystems wird am Beispiel der Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) präsentiert. Das vorgestellte multiphysikalische Gesamtmodell spiegelt das elektrochemi-sche und das hydraulische Verhalten der Batterie wieder. Der elektrische Teil enthält auch eine in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ICT in Pfinztal/Berghausen entworfene Modellierung der sogenannten Streustromverluste, welche in Flussbatterien auftreten. Das Energiewandlungssystem (EWS) ist in Wirkungsgradkurven hinterlegt, die zuvor in detail-lierten Simulationen ermittelt wurden. Durch die Implementierung des hydraulischen Systems sind auch die Pumpver-luste der Flussbatterie bestimmbar. Durch die Modellierung und Simulation des Gesamtsystems wird der optimale innere Aufbau der Batterie identifiziert. Neben der Dimensionierung des hydraulischen Kreises, wird die parallele und serielle Verschaltung der Batteriestacks zu Strängen und Modulen optimiert. Der Modellaufbau in Matlab/Simulink ist weitgehend automatisiert. Dadurch ist es in Zukunft möglich, eine große Anzahl von Aufbauvarianten des Batteriesystems aufzubauen und zu validieren. Die Er-gebnisse und Parameter von vier verschiedenen Aufbauvarianten werden präsentiert und diskutiert.

Abstract (englisch): Modeling, simulation and optimization of large energy battery energy storage systems is presented using the example of the vanadium-redox-flow-battery. The multi-physical overall model reflects the electrical and the hydraulical behavior of the battery. The electrical model includes the modeling of stray currents, which occur in flow-batteries. The stray current model has been developed in cooperation with the Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) in Pfinztal/Berghausen. The energy conversion system is implemented using efficiency curves, which have been deter-mined in detailed simulations. By implementing the hydraulic system, the flow-battery pump losses can be analyzed. The optimal inner design of the battery is identified by modeling and simulating the overall system. Beside the dimen-sioning of the hydraulic circuit, the battery stack connection in parallel and in series to form strings and modules is op-timized. The system modeling in Matlab/Simulink is nearly fully automated. This allows the consideration of a big number of battery design variations. The results and parameters of three different design variations are presented and discussed.


Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Publikationstyp Proceedingsbeitrag
Jahr 2013
Sprache Deutsch
Identifikator URN: urn:nbn:de:swb:90-501515
KITopen ID: 1000050151
Erschienen in ETG-Kongress 2013: Energieversorgung auf dem Weg nach 2050, Berlin, 05.-06.11.2013
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