Modellbasierte Untersuchung von Balancing-Mechanismen an Hochvolt-Redox-Flow-Strings

Die Arbeit beschäftigt sich mit Topologien der Vanadium-Redox-FlowBatterie.
Dieser Batterietyp eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften besonders gut als Großspeicher für die Energiewirtschaft, um die Diskrepanz zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch auszugleichen. Im Rahmen dieser Arbeit werden vorhandene Topologien für Großspeicher mit Vanadium-Redox-Flow-Batterien untersucht und weiterentwickelt.
Es wird eine neue modulare und skalierbare Hochvolt-Topologie entwickelt, die auf standardisierten Niedervolt-Submodulen basiert. Die neue Topologie ermöglicht es, die bei HV-Systemen zwischen den einzelnen Stacks typischerweise auftretenden Shunt Currents im hydraulischen Pfad zu vermeiden. ... mehrAußerdem werden Balancing-Maßnahmen entwickelt, um die zwangsläufig auftretenden Kapazitätsunterschiede infolge von unterschiedlichen Speicher-Effizienzen einzelner Module elektronisch auszugleichen. Die bis dato üblichen hydraulischen Maßnahmen werden dadurch nicht mehr benötigt, wodurch sich die Planung, die Installation und
der Betrieb von Vanadium-Redox-Flow-Batterien deutlich vereinfachen.
Gleichzeitig kann ein positiver Effekt auf die Elektrolytausnutzung nachgewiesen werden. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen neuen Topologien und der Balancing-Maßnahmen wird anhand von Simulationen gezeigt.

This work investigates different topologies vanadium redox flow battery systems. Due to its properties, this type of battery system is particularly suitable as a large-scale storage device for the energy industry to compensate the volatility between energy production and demand. Within the scope of this work, existing topologies for large-scale storage based on vanadium redox flow batteries are examined and further improved.

A new modular and scalable high-voltage topology based on standardized low-voltage sub-modules is being developed. The proposed topology avoids the shunt currents in the hydraulic path that typically occurs in HV systems between the individual stacks. ... mehrFurthermore, balancing measures are being investigated to electronically compensate for the inevitable variations in capacity because of the different coulombic efficiencies of individual modules. The hydraulic measures that have been used to minimize shunt currents are no longer required, which significantly simplifies the overall system planning, installation and operation of vanadium redox flow batteries. At the same time, improvements on electrolyte utilization can be demonstrated. The effectiveness of the proposed topologies and the balancing measures can be proven based on simulation results