DCDC-Konverter für Organic-Solid-Flow-Batterien

Organic Solid Flow Batterien

Organic-Solid-Flow-Batterien speichern elektrische Energie in flüssigen Elektrolyten, die in externen Tanks gespeichert und während des Betriebs durch elektrochemische Zellen gepumpt werden. Dabei können die Leistung und Kapazität des Speichers frei und unabhängig voneinander durch die Tank- und Membranengrösse definiert werden. Durch den Einsatz von kohlestoffbasierenden Elektrolyten anstelle von Metallionen werden im Gegensatz zu konventionellen Batterien keine kritischen Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Nickel benötigt. Die verwendeten organischen Materialien sind gut verfügbar, recycelbar und ermöglichen eine nachhaltige sowie skalierbare Speicherlösung für stationäre Batteriespeicher.

Projektziele

Zur Integration von einzelnen Batteriemodulen in Grossspeichern soll ein galvanisch isolierter DCDC-Konverter entwickelt werden. Dieser ermöglicht die Anbindung von Batteriespannungen unter 100 V an einen gemeinsamen 1200-V-DC-Bus. Dabei lag der Fokus auf dem Betrieb bis hin zu sehr tiefen Batteriespannungen und der Erreichung eines hohen Wirkungsgrades über den gesamten Arbeitsbereich.

Ergebnisse

Basierend auf Dual-Active-Bridge-Topologie wurde ein 10-kW-DCDC-Konverter realisiert. Der Konverter besitz einen grossen Batteriespannungsbereich von 0 bis 85 V und ermöglicht die Anbindung an einen DC-Bus mit 1000 und 1400 V bei einem maximalen Batteriestrom von bis zu 300 A. Trotz des grossen Spannungsbereichs konnte ein Wirkungsgrad von 98.7 % bei einer Leistung von 10 kW und 60 V zu 1200 V erreicht werden.