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Soll die Erzeugung elektrischer Energie aus Windkraft und Sonne weiter ausgebaut und effizienter genutzt werden, kommt der Speicherung von Energie immer mehr Bedeutung zu. Schwankende Erträge und Abnahmen könnten auf diese Weise ausgeglichen werden. Zurzeit wird Überschüssiger Strom in Pumpspeicherkraftwerken geparkt. Hier ist die Speicherkapazität aber sehr begrenzt und ein weiterer Ausbau teuer.
Wasserstoff? Ja bitte! Gehen auch Sie neue Wege und bestellen Sie den Aufkleber mit dem beiliegenden Faxformular „ Bestellformular_Wasserstoff_Ja_Bitte.pdf " PDF-Datei zum Drucken und Faxen.
Feierliche Übergabe eines Elektroautos Peugeot e-208 Allure Elektromotor 136.
Der neue Geschäftsführer S. Rösner übergibt das neue Elektroauto an den Mitarbeiter M. Königsmann, zwecks Einsatzes bei der EnBW - einer der größten deutschen Energiekonzerne. Die Anschaffung eines Elektroautos mit einer Ladeleistung von 100 KW erfolgte für die Durchführung der Inbetriebnahme von Ladeparks. Herr Königsmann erstellt im Zuge der Inbetriebnahme eine IST-Stand-Analyse der Ladeparks und führt Funktionstest nach vollständiger Analyse durch, sodass die E-Tankstellen im Anschluss in Betrieb genommen werden können. Die Ingenieur Fehringer GmbH freut sich einen wichtigen Betrag zur e-Mobilität leisten zu können.
v.l.n.r.: Mike Königsmann (Bauleiter/ IT-Systemadministrator), Sven Rösner (Technischer Geschäftsführer)
„Ein herzliches Glück Auf“ So empfing Dipl.Ing. Nicolaj Fehringer seine Kollegen vom größten österreichischen Übertragungsnetzbetreiber im Oktober 21 im Schacht Konrad (Salzgitter). Bei einer Grubenfahrt im ehemaligen Eisenerz-Bergwerk staunten alle über die gewaltigen Dimensionen der baulichen Strukturen unter Tag. Die Führung durch Christian Islinger (Infostelle Konrad) lieferte spannende Einblicke in den Arbeitsalltag der Bergleute. Zum Gelingen trug wesentlich die perfekte Organisation durch den Betriebsstellenleiter, Dipl.Ing. Markus Göke, bei.
das hat das
Ingenieurbüro Fehringer aus Dortmund für den Energieversorger RheinEnergie AG und
die Kölner Verkehrs-Betriebe (KVB AG) umgesetzt. Dreh- und Angelpunkt: Ein
durchdachtes Batterie- und Energiemanagementsystem für ausgemusterte
Autobatterien.
Seit Ende Dezember 2020 steht die fertige E-Bus-Ladestation mit einer Ladeleistung von bis zu 500 kW in Köln-Bocklemünd, die finale Inbetriebnahme ist nun abgeschlossen. Sie ist das praxistaugliche Ergebnis eines Forschungsprojekts, das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) und dem Projektträger Jülich (PTJ) gefördert worden ist. Äußerlich ähnelt die E-Bus-Ladestation einem gewaltigen Betonklotz, ihr Inneres zeugt jedoch von ingenieurwissenschaftlichem Know-how und einer ordentlichen Portion Innovationsgeist, die den Nahverkehr in öffentlichen Verkehrsnetzen per Bus elektrifiziert – und zwar nachhaltig. Denn erstens wird der dafür notwendige Strom durch freiwerdende Bremsenergie von Straßenbahnen erzeugt, die ansonsten verloren ginge. Und zweitens besteht der Energiespeicher in der E-Bus-Ladestation aus Second-Life-Batterien.
Vom Sondermüll zum Zwischenspeicher
Bei den eingesetzten Second-Life-Batterien handelt es sich um ausgemusterte E-Auto-Batterien der Ford Werke GmbH. Jede für sich ist mittlerweile zu schwach, um als Antriebsbatterie eines E-Autos zu dienen. Sie sind aber noch kraftvoll genug, um sie im Zusammenschluss als Zwischenspeicher zu nutzen. „Wir hauchen diesen Batterien wieder neues Leben ein“, bringt es Nicolaj Fehringer, geschäftsführender Gesellschafter des Ingenieurbüros Fehringer, auf den Punkt. „Andernfalls hätten diese Batterien als umweltbelastender Sondermüll geendet, obwohl sie noch bis zu 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität aufweisen.“
Die Krux: Jede einzelne Batterie hat ihre „eigene Geschichte, ihren eigenen Charakter“. Das erschwert den Zusammenschluss der in Reihe geschalteten Second-Life-Batterien zu einem stabilen Energiespeicher als E-Bus-Ladestation. Die Lösung: „Das von uns entwickelte Batteriemanagementsystem bringt diese Batterien auf ein gemeinsames Spannungslevel. Dafür wird jede einzelne Batteriespannung gemessen und ausbalanciert“, erklärt Nicolaj Fehringer. Das klingt einfacher als es ist. Denn hinter dieser Technik musste ein eigenes Batteriemanagementsystem entwickelt werden, das speziell für das genannte Konzept mit den Second-Life-Batterien zugeschnitten ist. Das dafür ebenso neu entwickelte, übergeordnete Energiemanagementsystem sorgt für das funktionale Zusammenspiel aller technischen Komponenten.
Ein Leuchtturmprojekt für mehr Nachhaltigkeit
In diesem komplexen System muss der Strom zweimal gewandelt werden: Von Gleichstrom (DC) der Bremsenergie in Wechselstrom (AC) der Batteriespeicher, um im Ladepunkt wieder den Gleichstrom (DC) bereitzustellen, mit dem die E-Busse Strom auftanken zu können. „Dennoch bleibt der Wirkungsgrad der Elektromobilität größer als der von benzinbetriebenen Fahrzeugen“, ist Nicolaj Fehringer überzeugt. Hinzu kommt, dass mit der genutzten Bremsenergie eine bisher verschwendete Energiequelle nutzbar gemacht wird und ausgemusterte E-Autobatterien ein zweites Leben erhalten. Diese E-Bus-Ladestation mit seinem innovativen Batterie- und Energiemanagementsystem sei daher ein „Leuchtturmprojekt“, das die Negativaspekte der E-Mobilität reduziere und die Energiebilanz hin zu mehr Nachhaltigkeit verbessere. Genau das bestätigt auch Jeff Witting vom Auftraggeber RheinEnergie AG: „Wir sind begeistert. Diese multimodale E-Bus-Ladestation zeugt von nachhaltigem Innovationsgeist. Das Konzept ist einmalig in Deutschland und glänzt durch Forschung, Innovation, technischem Know-how und der unter Hochdruck angestrebten Nachhaltigkeit für die Energiewirtschaft.“
Die E-Mobilität erreicht nicht nur die Fortbewegung im Privaten, sondern mittlerweile auch die öffentlichen Verkehrsmittel. Die Nachhaltigkeit elektrisch betriebener Fahrzeuge steht dabei jedoch sehr häufig in Kritik, sogar von der deutschen Bundesregierung. Kommt der Strom doch aus dem Kohlekraftwerk oder anderen CO2-sündigen Produktionsquellen. Und sind die Energiespeicher doch alles andere, als umweltfreundlich produziert – heißt es!
Das Ingenieurbüro Fehringer „möchte“ nicht nur, sondern kann diese Negativaspekte reduzieren und sorgt für eine Verbesserung dieser Bilanz, zu mehr Nachhaltigkeit. Zum Einsatz kommt dafür eine Kombination von ingenieurswissenschaftlichem und physikalischem Wissen und dessen Umsetzung mit innovativen sowie kreativen Ideen, die so noch nie da gewesen sind.
Neugierig?
Batteriemanagementsysteme
Eine Kombination aus einer Reihen- und einer Parallelschaltung ermöglicht eine größere Flexibilität zur Erreichung einer bestimmten Spannung und Leistung mit Standardbatterien. Durch die Parallelschaltung erhält man die benötigte Gesamtkapazität und durch die Serienschaltung die gewünschte höhere Betriebsspannung des Batteriespeichers.
Jede Serienschaltung von Batterie- oder UltraCap-Zellen kann nur so gut sein wie die schwächste Zelle. Mittels "Active Cell Balancing" oder " Passive Cell Balancing " können Abweichungen in einzelnen Zellen, Modulen oder ganzen Strings schon im Ansatz erkannt werden.
So wird jede Zelle dauerhaft im optimalen Bereich betrieben - ein wesentlicher Schlüssel für Sicherheit, bestmögliche Auslastung und lange Lebensdauer der Batterien.
Das übergeordnete "Batterie Management System" (BMS) organisiert optimalen Ausgleich für den gesamten Stack, indem es zuverlässig und präzise die wichtigsten Batteriezustände wie State of Health (SoH) und State of Charge (SoC) ermittelt. Außerdem steuert es die Hilfskomponenten und sorgt dafür, dass die Batteriezellen nicht über maximale und minimale Spannung gehen. BMS kommuniziert mit anderen Systemen, überstellt die Zellenwerte wie Zellenspannung, Zellentemperatur usw. und ermöglicht so die externe Diagnose. Diese Daten können an ein übergeordnetes Energiemanagement oder Ladegerät gemeldet werden - eine schonende und perfekt angepasste Ladestrategie.
Beide verfügbaren Varianten sind für alle gängigen Zell-Technologien geeignet:
- Die "Active Cell Balancing" Technologie überträgt überschüssige Ladung weitgehend verlustfrei aktiv von einer Zelle in die andere. Schwache Zellen im Stack erhalten aktive Unterstützung - die gesamte Batterie kann besser ausgenutzt werden.
- Das simplere "Passive Cell Balancing“ bietet ähnlich guten Schutz der Zelle; die Anpassung fällt dabei etwas kostengünstiger aus durch dynamisches Ableiten von Ladungs-überschüssen.
Alle Parameter sind über Software konfigurierbar für jeden Anwendungsfall. Die Software zeigt den aktuellen Status der einzelnen Zelle umfassend bis zum Gesamtsystem an. Es erlaubt die Parametrierung des Speichers und beinhaltet einen Fehler- und Event-Log. Sämtliche Funktionen sind stationär oder mobil (remote) verfügbar.
Second-Life Batterien
In Elektrofahrzeugen werden die Batterien sehr schnell geladen und entladen, so dass bei Batterien, abhängig von den Arbeitsbedingungen, nach 5 - 7 Ladevorgängen etwa 80% der Anfangskapazität verbleibt. Das verkürzt zwar die maximale Reichweite, erlaubt aber noch die Nutzung der Batterien für andere Zwecke, z.B. als Speicher für erneuerbare Energien oder beim Netz-Engpass-Management.
Bei diesen Batterien kann die Zellenkapazität sehr unterschiedlich sein. Durch Balancing kann die maximale Restkapazität von Second-Life Batterien effektiv ausgenutzt werden.
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