Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Weiterverwendung von Traktionsbatterien als Heimspeicher in einem privaten Haushalt in Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage bietet die M\u00f6glichkeit erneuerbare Energie in einer ressourcenschonenden Weise zu speichern. Eine Weiterverwendung von Batterien, die urspr\u00fcnglich f\u00fcr einen anderen Zweck ausgelegt waren und bereits gealtert sind, f\u00fchrt zu einigen sicherheits- und zuverl\u00e4ssigkeitstechnischen Fragestellungen. Im Rahmen dieses Projektes wurden deshalb drei Kernziele untersucht:<\/p>\n
1) Kernziel 1: Entwicklung eines Sicherheitskonzepts bzw. einer Sicherheitsarchitektur
\n\uf0e0 Ziel: Sicherstellung des Umweltschutzes im Schadensfall<\/p>\n
2) Kernziel 2: Entwicklung eines Zuverl\u00e4ssigkeitsmodells
\n\uf0e0 Ziel: Sicherstellung des zuverl\u00e4ssigen Betriebs im 2nd-use und damit Umweltentlastung durch Ressourcen- und Prozessenergieeinsparung<\/p>\n
3) Kernziel 3: Entwicklung einer KMU-L\u00f6sung f\u00fcr station\u00e4re 2nd-use Energiespeicher in Privathaushalten (repr\u00e4sentative Kleinanlage)
\n\uf0e0 Ziel: Zuk\u00fcnftige M\u00f6glichkeit des Aufbaus von station\u00e4ren Stromspeichern durch KMU<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt lie\u00df sich ma\u00dfgeblich in sieben Abschnitte gliedern. Zun\u00e4chst wurden die zwei Fahrzeuge des gleichen Typs, gleichen Baujahrs und unterschiedlichen Laufleistungen am Gebrauchtwagenmarkt erworben und deren Traktionsbatterien ausgebaut. In einem weiteren Schritt wurde ein Logistikmodell entwickelt in dem gesetzliche Anforderungen an den Transport von Batterien ber\u00fccksichtig wurden. Dabei wurden au\u00dferdem Gesetzesl\u00fccken aufgedeckt. Die Homogenisierung der Datenstruktur stellte einen weiteren Aufgabenbereich dar. Daten die f\u00fcr die Auswertung relevant sind und erfasst werden konnten, sollten in eine einheitliche Struktur gebracht werden, um Analysen zu vereinfachen. Dazu wurde eine Datenbank aufgebaut. Zur Entwicklung eines Pr\u00fcfkonzeptes wurden drei Zustandsbeurteilungsverfahren f\u00fcr Batteriezellen angewandt und unter der Ber\u00fccksichtigung \u00f6konomischer und \u00f6kologischer Kriterien verglichen. Im Rahmen von sicherheitstechnischen Analysen wurden zum einen Gef\u00e4hrdungsszenarien identifiziert. Zum anderen wurde eine Versuchsapparatur konstruiert, mit der Brandversuche zur Ermittlung von Gef\u00e4hrdungen im Schadensfall durchgef\u00fchrt werden konnten. Bei der Erstellung des Zuverl\u00e4ssigkeitskonzeptes wurden Daten mit statistischen Methoden und verschiedenen Methoden des Maschinellen Lernens (\u00fcberwachtest und un\u00fcberwachtes Lernen) analysiert. Maschinelles Lernen wurden au\u00dferdem f\u00fcr die Modellierung genutzt. Der letzte Arbeitsschritt bildete die Konstruktion und Aufbau des Demonstrators inklusive Sicherheitskonzept und die Einbindung in das vorliegende System. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In dem Forschungsvorhaben wurde die Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit von Traktionsbatterien in einer Second-Life Anwendung untersucht. Die Beschaffung beinhaltete einige Herausforderungen, sodass schlie\u00dflich zwei Elektrofahrzeuge aus dem Feld beschafft wurden. In einem Logistikkonzept wurde das Vorgehen f\u00fcr einen sicheren Transport von gebrauchten Batterien unter der Ber\u00fccksichtigung rechtlicher Rahmenbedingungen strukturiert. Weiterhin wurden die Lithium-Ionen Batteriemodule und Batterieeinzelzellen aus den zwei BEV mit verschiedenen Testverfahren untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass f\u00fcr einen Erstbefund eines spezifischen Traktionsbatteriesystems, dieses bis auf die Ebene der Batterieeinzelzellen betrachtet werden muss, um sp\u00e4tere R\u00fcckschl\u00fcsse auf die Verwendung von Batteriemodulen aus diesen Traktionsbatterien ziehen zu k\u00f6nnen. Inwieweit eine generell wirtschaftliche Weiterverwendung der Batteriemodule oder Batterieeinzelzellen m\u00f6glich ist, ist weiterf\u00fchrend zu kl\u00e4ren. In jedem Fall gilt es aber anzumerken, dass unter \u00f6konomischen Aspekten die Bewertung einer Traktionsbatterie auf der Ebene der Batteriemodule erfolgen muss. Es zeigte sich, dass die Ergebnisse der Testverfahren zur Pr\u00fcfung der Batterien untereinander eine starke Korrelation aufweisen, wodurch es m\u00f6glich wird, Beurteilungskriterien f\u00fcr weniger aufw\u00e4ndigere Testverfahren zu definieren. Weiterhin zeigt sich eine starke Ver\u00e4nderung der Messwerte durch beschleunigte Alterung. Daraus kann auf eine zuverl\u00e4ssige Detektion von Akkumulatoren mit geringem SOH geschlossen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kategorisierung der Akkumulatoren mit verschiedenen Tests m\u00f6glich ist, wobei hier der EIS-Test, unter Betrachtung verschiedener, festgelegter Parameter, am besten bewertet wurde. Der EIS-Test kann daraus resultierend als das unter wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Aspekten geeignetste Testverfahren angesehen werden. Weiterhin wurde eine Datenbank aufgebaut in der Batteriedaten aus verschiedenen Fahrzeugen gesammelt werden k\u00f6nnen. Auf diese Weise k\u00f6nnen zuk\u00fcnftig die Analysen der Batteriesysteme vereinfacht werden. Innerhalb sicherheitstechnischer Analysen wurden verschiedene Schadensszenarien betrachtet. Au\u00dferdem wurde die Gef\u00e4hrdung durch Toxizit\u00e4t f\u00fcr Anwohnende und Einsatzkr\u00e4fte im Schadensfall untersucht. Dazu wurde eigens eine Versuchsapparatur konzipiert und die auftretenden Ventiggase im Falle eines thermischen Durchgehens analysiert. Dar\u00fcber hinaus wurde ein Zuverl\u00e4ssigkeitskonzept entwickelt und mit einer prototypischen Datenmenge modelliert. Es konnte gezeigt werden, dass das Konzept geeignet erscheint, jedoch eine erweiterte Datenmenge f\u00fcr ein generalisiertes Modell ben\u00f6tigt wird. Basierend auf den Ergebnissen wurde ein Sicherheitskonzept f\u00fcr den Einsatz abgeleitet und ein Demonstrator aufgebaut, welcher seit ca. 1,5 Jahren zuverl\u00e4ssig, mit ausreichender Leistungsf\u00e4higkeit, in einer Second-Life Anwendung im Bereich Heimspeicher genutzt wird. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend der Projektlaufzeit wurden drei Ver\u00f6ffentlichungen bei den ESREL Konferenzen 2020, 2021 und 2022 publiziert und bei der jeweiligen Konferenz vorgestellt. Dar\u00fcber hinaus wird derzeit ein internationaler Journalbeitrag finalisiert und zeitnah eingereicht. In dieser Ver\u00f6ffentlichung werden die Kernergebnisse dieses Forschungsprojekt pr\u00e4sentiert. Weiterhin soll ein popul\u00e4rwissenschaftlicher Beitrag bei einem deutschsprachigen Journal verfasst werden<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Innerhalb des Projektes wurde gezeigt, wie eine sichere und zuverl\u00e4ssige Weiterverwendung von Traktionsbatterien als Heimspeicher in privaten Haushalten realisiert werden kann. Dies bietet eine ressourcenschonende M\u00f6glichkeit zur zus\u00e4tzlichen Nutzung von regenerativen Energien mit der au\u00dferdem Prozessenergie durch die Reduktion von neu produzierten Batterien eingespart wird. Im Rahmen des Projektes wurde der gesamte Prozess von der Beschaffung bis zum sicheren und zuverl\u00e4ssigen Einsatz als Heimspeicher betrachtet. Dazu wurde ein Logistikkonzept, durch dessen Einhaltung ein sicherer Transport der Batterien erm\u00f6glicht wird, entwickelt. Dar\u00fcber hinaus wurde ein \u00f6konomisch und \u00f6kologisch orientiertes Bewertungsverfahren konstruiert. F\u00fcr die Strukturierung Daten wurde eine Datenbank angelegt, in der Parameter und Kenngr\u00f6\u00dfen erfasst sind, die f\u00fcr eine Beurteilung von gro\u00dfer Relevanz sind. Ein Schwerpunkt des Projektes bildeten sicherheitstechnische Untersuchungen bei denen Schadensszenarien analysiert und m\u00f6gliche Gef\u00e4hrdungen, die bei einem thermischen Durchgehen entstehen k\u00f6nnen, in Brandversuchen erprobt wurden. Weiterhin wurde ein Konzept zur Zuverl\u00e4ssigkeitsbewertung entwickelt und prototypisch modelliert. Abschlie\u00dfend wurde ein Demonstrator mit einem geeigneten Sicherheitskonzept aufgebaut und in Betrieb genommen. Im Rahmen des Forschungsprojektes konnten die definierten Ziele erreicht werden. Die Ergebnisse sind somit \u00fcberzeugend und werden insgesamt positiv bewertet und zeigen, dass eine Second-Life Anwendung im Bereich Re-Purposing zu einer ressourcenschonenden und damit nachhaltigeren Nutzung von First-Life Batteriesystem aus dem Bereich der Traktionsbatterien dienen k\u00f6nnte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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