Energy Storage Systems

Seit 2008 beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit unterschiedlichen Aspekten von Energiespeichersystemen.

Aktuelle Forschungen umfassen sowohl die Entwicklung als auch die Bewertung von Batteriemodellen, die die gesamte Lebensdauer von Batterien sowie den aktuellen Ladezustand charakterisieren. Die Modelle werden durch genaue Prüfstandsmessungen durch die institutseigenen Prüfstände parametrisiert und verifiziert. 

Neben der Batteriemodellierung werden in der Arbeitsgruppe auch alternative Energiespeicher entwickelt und evaluiert. In der aktuellen Forschung geht es um die Erhöhung der spezifischen Energie- und Leistungsdichte elektromechanischer Schwungradsysteme für Pkw und den öffentlichen Verkehr. Dies beinhaltet die Verbesserung der Effizienz sowie die Verwendung moderner Verbundwerkstoffe die eine erhöhte Rotationsgeschwindigkeit ermöglichen.

CMO-Flywheel
© Armin Buchroithner

Grundlagen kinetischer Energiespeicher

Seit 2011 beschäftigt sich das Elektrische Meßtechnik und Meßsignalverarbeitung mit dem Thema Flywheel Energy Storage Systems (FESS). Dabei handelt es sich um ein System zur Energiespeicherung – ähnlich wie Batterien und Akkus. Der Unterschied besteht darin, dass die Energie in Form von kinetischer Energie eines sich schnell drehenden Rotors gespeichert ist. Im Regelfall wird der Rotor durch einen Elektromotor beschleunigt (Energiespeicher wird geladen) bzw. verzögert (Energie wird aus dem Speicher entnommen). Es nimmt der Energieinhalt des Rotors mit dem Quadrat der Drehzahl zu, weshalb es im Zuge fortschreitender Optimierung die Systeme immer kompakter und schnelldrehender werden. Nachfolgende Abbildung zeigt den schematischen Aufbau unterschiedlicher FESS-Konzepte.

© Armin Buchroithner

Bisherige Forschungsaktivität

In den vergangenen 5 Jahren Forschungstätigkeit wurden eine Reihe von Publikationen zum Thema FESS veröffentlicht. Des weiteren sind zwei funktionierende Prototypen von kinetischen Energiespeichern für mobile Anwendungen in Kooperation mit Industriepartnern entwickelt, gebaut und in Betrieb genommen worden:

CMO – Clean motion offensive

FlyGrid

FESS sind nicht nur für mobile Anwendungen geeignet, auch stationär werden sie eingesetzt. Dabei unterscheiden sich die Rahmenbedingungen bezüglich Gewicht, Selbstentladung, Energieinhalt und Energiedichte grundlegend von jenen mobiler Anwendungen. Die Realisierung eines stationären Energie-Zwischenspeichers für Solarstrom bei Einfamilienhäusern wird aktuell im Rahmen eines Forschungsprojektes behandelt. Von fundamentaler Bedeutung ist die Selbstentladung um die Energie über Nacht zu erhalten. Versuchstechnisch abgebildet wird dies durch den Prüfstand zur Untersuchung von Wälzlagerreibung.

Einen weiteren Forschungsschwerpunkt bildet die Lagerung schnelldrehender Elektromotoren, welche sich als kritische Komponente herauskristallisiert hat. Laufende Forschung beschäftigt sich mit unterschiedlichen Aspekten der Wälzlagerung, diese beinhaltet unter anderem:

  • Lagerlebensdauererhöhung durch passive und aktive Methoden

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