Effizienzsteigerung und Optimierung einer regenerativ versorgten Ladeinfrastruktur mit Vanadium-Redox-Flow-Batterien durch nutzerorientiertes Lade- und Energiemanagement, innovative DC-Netzstruktur und Anbindung an das Internet der Dinge

Im Rahmen des Vorhabens OptiCharge⁺ entsteht eine moderne, innovative und auf regenerativer Energie basierende, speichergestützte Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeuge im Sinne einer Forschungsplattform. Die Testanlage besteht im Wesentlichen aus PV-Anlage, Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB), DC-Micro-Grid, drei AC-Ladesäulen, einer DC-Schnellladesäule sowie einer untergeordneten Bleibatterie zur Sicherstellung der Schwarzstartfähigkeit. Übergreifend wird die Testanlage durch ein Energiemanagementsystem mit dem Ziel gesteuert, einen möglichst großen Anteil zur Verfügung stehender regenerativer Energie für die Ladung der Fahrzeugbatterien zu nutzen. Das Vorhaben OptiCharge⁺ verknüpft die Sektoren alternative Mobilitätskonzepte, (Strom-)Speicher und auf Simulationsebene auch die Wärmeversorgung auf Basis erneuerbarer Energien und trägt insbesondere durch die Einbindung potentieller Nutzer wesentlich zur Akzeptanzsteigerung und daraus resultierend zur beschleunigten Verbreitung der eingesetzten Technologien bei.

Die vorrangigen Ziele von OptiCharge⁺ sind die Steigerung der Gesamtanlageneffizienz, der Netzverträglichkeit und des Nutzungskomforts sowie daraus resultierend eine Steigerung der Technologiereifegrade und in Kombination mit den geplanten Verwertungsoptionen ein wesentlicher Schritt in Richtung sozioökonomischer Marktfähigkeit der eingesetzten Einzelkomponenten sowie der Gesamtanlagentechnologie.

Die Steigerung der Gesamteffizienz der Testanlage wird durch die Verbesserung der Einzelkomponenten und der optimalen Abstimmung dieser Komponenten untereinander erreicht. Die VRFB-Technologie wird sowohl auf elektrochemischer Ebene durch F&E an verbesserten Funktionsmaterialien zur Erweiterung des Betriebstemperaturfensters sowie an Maßnahmen zur Reduzierung / Kompensation von Nebenreaktionen / -wirkungen als auch auf Gesamtsystemebene durch Reduzierung des Eigenverbrauchs beispielsweise mittels angepasster Pumpensteuerung sowie der Optimierung des Batteriemanagementsystems inklusive einer erweiterten Verknüpfung mit dem Energiemanagementsystem verbessert. Weiterhin wird die Gesamtanlageneffizienz durch Reduzierung von AC/DC-Wandlungsverlusten aufgrund des im Rahmen von OptiCharge+ geplanten anlageinternen DC-Micro-Grids gesteigert. Dort werden alle in der Testanlage eingesetzten DC-Komponenten wie die PV-Anlage, die VRFB und die DC-Ladesäule eingebunden, über ein Netzmanagementsystem gesteuert und mit den anderen Systemen vernetzt. Durch die zusätzliche AC-seitige Einbindung einer Bleibatterie wird auch die Schwarzstartfähigkeit der Testanlage erreicht.

Weiteres Ziel des Vorhabens OptiCharge+ ist die Optimierung bzw. Weiterentwicklung sowie die Verknüpfung von Netz-, Energie- und Batteriemanagementsystem hinsichtlich eines energieeffizienten und netzverträglichen Ladens von batterieelektrischen Fahrzeugen. Schwerpunkte dabei sind die Einbindung der Netzkomponenten in das Internet der Dinge. Dies dient insbesondere zur Vereinfachung bzw. der Ermöglichung einer prädiktiven Wartung.

Durch Einbeziehung des Nutzers in die Entwicklung des Lademanagementsystems wird neben einem energieeffizienten auch ein nutzerfreundliches Laden von batterieelektrischen Fahrzeugen gewährleistet. Dabei liegt ein Schwerpunkt der geplanten Arbeiten auf der Steigerung des Komforts während des Ladens bzw. während des Ladevorgangs.

Die Ergebnisse / Erkenntnisse des Vorhabens werden auf breiterer Basis, insbesondere in Zusammenarbeit mit zahlreichen assoziierten Partnern in jeweils zwei Workshops und Hackathons vorgestellt, diskutiert und weiterentwickelt sowie auf weitere, teils größere Anlagen übertragen. Die Entwicklung eines allgemeinen OptiCharge-Planungstools soll potentiellen Multiplikatoren, im ersten Schritt insbesondere den assoziierten Partnern, zur Entscheidungsfindung bei einer optimierten individuellen Anlagenauslegung dienen.

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Projektpartner

• SCHMID Energy Systems GmbH
• Technische Universität Kaiserslautern, Fachgebiet für Elektromobilität , FB Elektrotechnik und Informationstechnik
• TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG
• Universität des Saarlandes, Transferzentrum Nachhaltige Elektrochemie Universität

FKZ 03ETE021A-E