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Elektrischer Speicher
BMWi
Analyse 1.2.2016

Die Grafik zeigt das Leistungsprofil einer Lithium-Ionen-Batterie mit Berücksichtigung von Mikrofluktuation.
© Fraunhofer UMSICHT

Tests zur Performance standardisieren

Forscher des Fraunhofer UMSICHT entwerfen standardisierte Performance-Tests für Batteriespeicher. Mit diesen soll es möglich sein, die verschiedene Batterietypen für typisierte, praxisnahe Anwendungen objektiv zu testen und zu vergleichen. Zudem sollen die zu entwickelten Testzyklen erstmals an Lithium-Batterien sowie zum Vergleich an einer Blei-Gel- oder Redox-Flow-Batterie angewendet werden.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Projektlaufzeit August 2012 bis Januar 2016

Bisher existieren keine Performance-Tests für reale stationäre – und zumeist netzgekoppelte – Anwendungen, obwohl sie in Zukunft eine große Rolle spielen werden – beispielsweise Dach-Photovoltaik mit Speicher sowie für Batterietypen, wie Lithium-Ionen- oder Redox-Flow-Batterien. Damit fehlt die Möglichkeit objektive Tests durchzuführen und Qualität oder Eignung für bestimmte Anwendungen festzulegen bzw. eine Aussage über die reale Lebensdauer der Batterie zu treffen. Beispielhaft kann das Problem an der Kombination von Lithium-Ionen-Batterien und dezentraler Dach-PV gezeigt werden.

  • Bisher verwandtes, geglättetes Leistungsprofil einer Lithium-Ionen-Batterie © Fraunhofer UMSICHT
  • Die Grafik zeigt das Leistungsprofil einer Lithium-Ionen-Batterie mit Berücksichtigung von Mikrofluktuation. © Fraunhofer UMSICHT

In dieser Anwendung wird aufgrund des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine möglichst hohe Eigenversorgung angestrebt, was zu bestimmten Lade-/Entladeprofilen und verschiedenen Entladetiefen führen wird. Wieviele dieser gemischten Zyklen von Lithium-Ionen-Batterien „überleben“ ohne zu stark zu degradieren, ist nicht bekannt und auch nicht mit bekannten Testzyklen messbar. Hierzu werden Testzyklen entwickelt, die anwendungstypisch einen Jahresverlauf widerspiegeln und zugleich praxisnahe Schwankungen abbilden.

Performance und Anwendung testen

Das Hauptziel dieses Projektes sind standardisierte Performance-Tests für Batteriespeicher zu entwerfen, mit denen verschiedene Batterietypen für typisierte, praxisnahe Anwendungen objektiv getestet und verglichen werden können. Ein zweites Ziel ist, einige dieser zu entwickelnden Testzyklen exemplarisch an verschiedenen realen Lithium-Batterien sowie zum Vergleich an einer Blei-Gel- oder Redox-Flow-Batterie erstmalig anzuwenden.

Das Projekt „Entwicklung standardisierter Testprofile für anwendungsbasierte Performance-Tests von stationären elektrischen Energiespeichern“ gliedert sich in zwei Hauptabschnitte; zum einen die Recherche- und Entwicklungsphase, zum anderen die exemplarische Testphase. Es ist in sieben Arbeitspakete geteilt: Die ersten vier Arbeitspakete beinhalten Recherche, Definition von Anwendungsszenarien, Untersuchung von Mikrofluktuationen und die Entwicklung von Standardzyklen. Die weiteren Arbeitspakete beinhalten praktische Batterietests.
Für jedes Jahr des Projektes ist ein Meilensteine gesetzt. Im ersten Jahr ist dies die Definition der Anwendungsszenarien. Das zweite Projektjahr hatte zum Ziel die Standards zu definieren. Im letzen Jahr werden nun die Batterietests durchgeführt. Das Projekt wird innerhalb von drei Jahren vom Fraunhofer UMSICHT realisiert und endet im Juli 2015.

Leistungs- und Wirkungsgradtests sowie die Frage nach der Zyklenstabilität und Lebensdauer (State of Health: SOH) bei elektrischen Speichern sind notwendig, um sowohl Batterietypen untereinander zu vergleichen als auch verschiedene Systeme bezüglich ihrer Eignung für bestimmte Anwendungen zu untersuchen. Diese Performance-Tests sind bisher nicht definiert. Bis jetzt gibt es nur reine Kapazitätstests (Ah) für Bleibatterien und NiCd-Batterien. Und hierbei handelt es sich nur um eine Standard-Entladung, bei der die Batterie 80 Prozent entladen wird (80 Prozent DOD: Depth of Discharge).
In diesem Projekt werden Performance Tests entwickelt, die es bisher überhaupt nicht gibt, ohne die aber ein objektiver Vergleich und eine objektive ökonomische Bewertung der Batterien untereinander nicht möglich sein werden.

Neutrale Umgebung schafft Vergleich

Dieses Projekt zielt nicht auf eine Optimierung von bestehenden Speichern ab, sondern erschafft mit einem Standardtest eine Grundlade zur späteren Optimierung von chemischen Speichern. Daher wird innerhalb des Projektes eine neutrale Umgebung zum Vergleich von Batterien geschaffen. Langfristig sollen diese Zyklen einen Beitrag liefern oder sogar Basis einer nationalen/internationalen Standardisierung werden.

Die Wirtschaftlichkeit von Speichern steht nicht im Fokus dieses Projektes, weil zunächst Standards festzulegen sind. Sobald diese Standards existieren, wird es einfacher sein, die einzelnen Batterietypen oder die Produkte von verschiedenen Herstellern zu vergleichen, was auch Aussagen für die Wirtschaftlichkeit deutlich erleichtert.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

21. September 2017
Elektromobilität im ÖPNV

25. September 2017
EU PVSEC 2017

26. September 2017
Batterien für Bordnetze, Hybrid- und Elektrofahrzeuge

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.