Hybridspeicher ETA

Der Hybridspeicher ETA wurde im Rahmen der öffentlich geförderten Projekte ETA-Fabrik und PHI-Factory entwickelt und dient zur Erprobung des am IMS entwickelten hybriden Speicherkonzeptes bestehend aus Lithium-Ionen-Batterie und kinetischem Energiespeicher in Außenläuferbauform. Durch die synergetische Verknüpfung beider Speichertechnologien entsteht ein hinsichtlich Alterung, Verluste und verfügbarem Energieinhalt verbessertes neuartiges Speichersystem. Die Erprobung erfolgt unter realitätsnähen Bedingungen in der Modellfabrik ETA.

Das hybride Speichersystem besteht aus einem kinetischem und einem elektrochemischem Energiespeicher, die über einen gemeinsamen Zwischenkreis verbunden sind. Diese Verschaltung ermöglicht es einen gemeinsamen Netzwechselrichter zu nutzen und so die Komponentenanzahl zu reduzieren.

Bei dem kinetischen Speicher handelt es sich um einen Außenläufer, der eigens für die Anwendung in der Fabrik am IMS entwickelt wurde. Dieser besteht aus einem CFK-Rotor, der mit einer Drehzahl von bis zu 15.000 U/min rotiert, um Energie zu speichern. Über einen permanentmagnetisch erregten Synchronmotor wird die Energie gewandelt und über einen modernen 3-Level-Wechselrichter (Schaltfrequenz: 16 kHz) in den Zwischenkreis des Hybridsystems eingespeist. Der Rotor ist aktiv magnetisch gelagert, um Wartung und Verschleiß zu minimieren. Außerdem ermöglicht die berührungsfreie Lagerung den Betrieb im Vakuum, was wiederum Luftreibungsverluste minimiert. Das beschriebene Speichersystem zeichnet sich durch seine hohe Zyklenfestigkeit und elektrische Anschlussleistung aus. Bei dem elektrochemischen Speicher handelt es sich um eine Lithium-Ionen-Batterie des Herstellers Akasol AG. Diese zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte aus und ist über einen DC/DC-Steller in den gemeinsamen Zwischenkreis eingebunden.

Im Betrieb muss die angeforderte elektrische Leistung auf die beiden Speichersysteme aufgeteilte werden. Geeignete Aufteilungsalgorithmen sind aktuell Gegenstand der Forschung am IMS und können am realen Hybridsystem erprobt werden.

Das hybride Speichersystem kann unterschiedlichste Ziele in der Fabrik verfolgen, um einen Mehrwert zu generieren. Besonders hervorzuheben sind im industriellen Umfeld die Lastspitzenglättung, die Inselnetzfähigkeit sowie die Reduktion von Prognoseabweichungen im Lastgang. Dazu ist das Speichersystem über eine Industriesteuerung vollständig mit der Fabriksteuerung verbunden und tauscht hochfrequent Informationen aus.

Maximale Leistung 120 kW
Kapazität 1.4 kWh
Rotormasse 150 kg
Rotoraußendurchmesser 430 mm
Rotorinnendurchmesser 290 mm
Rotorhöhe 600 mm
Drehzahlbereich 7.500 – 15.000 U/min
Nennleistung 120 kW
Kapazität 122 kWh
Masse 1488 kg
Spannungsbereich 486 – 756 V
Speichermaterial Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (Li-NMC)
Lebensdauer 6800 Zyklen