TY - THES

T1 - Auswirkungen von Regelstrategien und Betriebsbedingungen auf das Degradationsverhalten eines Lithium-Ionen-Batteriespeichers bei Ultra-Schnellladestationen

AU - Weißböck, Lukas Georg

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Im Zuge des EU-geförderten SYNERG-E Projektes wurden an mehreren Standorten in Österreich und Deutschland Ultra-Schnellladestationen mit Lithium-Ionen-Batteriespeicher gekoppelt. Die Motivation liegt in der Entlastung des Netzes durch Spitzenglättung, der Vermarktung am Regelenergiemarkt und im Trading. Neben einer kurzen Ladedauer der Elektrofahrzeuge liegt vor allem ein vermeidlicher Netzausbau im Interesse des Netzbetreibers. Ziel der wissenschaftlichen Arbeit ist die Gegenüberstellung und Interpretation des Degradationsverhaltens des eingesetzten Lithium-Ionen-Batteriespeichers, als Funktion verschiedener Regelstrategien und Betriebsbedingungen. Das pythonbasierte SimSES-Tool der TU-München, welches „opensource“ zur Verfügung steht, wurde dafür herangezogen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auf Empfehlung von Entwicklungsexperten des SimSES-Tools der TU-München auf ein thermisches Modell verzichtet. Der Temperatureinfluss wurde anhand der vorhandenen Degradationsmessungen des Zellherstellers und Abschätzungen der Temperaturentwicklung unter Belastung beleuchtet und diskutiert. Nach Kalibration und Validierung des zu simulierenden Batteriespeichersystems wurde das SimSES-Tool mit Lastprofilen gespeist, die Ergebnisse aufbereitet, ausgewertet, gegenübergestellt, interpretiert und diskutiert. Bezogen auf die aktuelle Betriebsweise degradiert der Batteriespeicher hauptsächlich (99%) kalendarisch, wird kaum zykliert und weist lange Ruhezeiten auf. In der Studie wurden folgende Zusammenhänge bezüglich kalendarischem Degradationsverhalten ausgearbeitet: „Je niedriger der durchschnittliche Ladezustand, desto geringer ist der kalendarische Degradationsfortschritt“. Das Ziel ist die Vermeidung langfristig hoher Ladezustände. Mit zukünftiger Regelenergievermarktung, sowie der von ALLEGO prognostizierten zunehmenden Elektromobilitätsentwicklung wird der aktuell geringe zyklische Degradationsfortschritt an Bedeutung gewinnen. Im Zuge dessen wurden zum zyklischen Degradationsverhalten folgender Zusammenhang ausgearbeitet: „Je niedriger die Zyklierungstiefe und der durchschnittliche Lade- bzw. Entladestrom, desto geringer ist der zyklische Degradationsfortschritt.“

AB - Im Zuge des EU-geförderten SYNERG-E Projektes wurden an mehreren Standorten in Österreich und Deutschland Ultra-Schnellladestationen mit Lithium-Ionen-Batteriespeicher gekoppelt. Die Motivation liegt in der Entlastung des Netzes durch Spitzenglättung, der Vermarktung am Regelenergiemarkt und im Trading. Neben einer kurzen Ladedauer der Elektrofahrzeuge liegt vor allem ein vermeidlicher Netzausbau im Interesse des Netzbetreibers. Ziel der wissenschaftlichen Arbeit ist die Gegenüberstellung und Interpretation des Degradationsverhaltens des eingesetzten Lithium-Ionen-Batteriespeichers, als Funktion verschiedener Regelstrategien und Betriebsbedingungen. Das pythonbasierte SimSES-Tool der TU-München, welches „opensource“ zur Verfügung steht, wurde dafür herangezogen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auf Empfehlung von Entwicklungsexperten des SimSES-Tools der TU-München auf ein thermisches Modell verzichtet. Der Temperatureinfluss wurde anhand der vorhandenen Degradationsmessungen des Zellherstellers und Abschätzungen der Temperaturentwicklung unter Belastung beleuchtet und diskutiert. Nach Kalibration und Validierung des zu simulierenden Batteriespeichersystems wurde das SimSES-Tool mit Lastprofilen gespeist, die Ergebnisse aufbereitet, ausgewertet, gegenübergestellt, interpretiert und diskutiert. Bezogen auf die aktuelle Betriebsweise degradiert der Batteriespeicher hauptsächlich (99%) kalendarisch, wird kaum zykliert und weist lange Ruhezeiten auf. In der Studie wurden folgende Zusammenhänge bezüglich kalendarischem Degradationsverhalten ausgearbeitet: „Je niedriger der durchschnittliche Ladezustand, desto geringer ist der kalendarische Degradationsfortschritt“. Das Ziel ist die Vermeidung langfristig hoher Ladezustände. Mit zukünftiger Regelenergievermarktung, sowie der von ALLEGO prognostizierten zunehmenden Elektromobilitätsentwicklung wird der aktuell geringe zyklische Degradationsfortschritt an Bedeutung gewinnen. Im Zuge dessen wurden zum zyklischen Degradationsverhalten folgender Zusammenhang ausgearbeitet: „Je niedriger die Zyklierungstiefe und der durchschnittliche Lade- bzw. Entladestrom, desto geringer ist der zyklische Degradationsfortschritt.“

KW - degradation

KW - lithium-ion

KW - battery

KW - calendar degradation

KW - cyclical degradation

KW - control strategies

KW - peak-shaving

KW - Degradation

KW - Lithium-Ionen

KW - Batterie

KW - kalendarische Degradation

KW - zyklische Degradation

KW - Regelstrategien

KW - Peak-Shaving

M3 - Masterarbeit

ER -