Digitaler Zwilling soll Batteriespeicher zuverlässiger machen
Batteriegroßspeicher sind ein zentraler Baustein der Energiewende. Sie speichern überschüssigen Strom aus Wind- und Solaranlagen und stellen ihn bei Bedarf wieder zur Verfügung. Doch mit der steigenden Größe der Anlagen wachsen auch die Anforderungen an deren Sicherheit und Zuverlässigkeit. Forschende der Hochschule München haben nun ein Computermodell entwickelt, das Fehler frühzeitig erkennt und so kostspielige Ausfälle verhindern soll.
Moderne Großspeicher bestehen aus Zehntausenden Lithium-Ionen-Zellen, die über viele tausend Lade- und Entladezyklen hinweg zuverlässig funktionieren müssen. Herkömmliche Batteriemanagementsysteme reagieren meist erst dann, wenn kritische Grenzwerte wie Temperatur oder Spannung überschritten werden – dann muss der Speicher häufig sofort abgeschaltet werden.
Das neue System setzt deutlich früher an. Im Rahmen seiner Dissertation entwickelt Alexander Reiter einen sogenannten Digitalen Zwilling, der den Batteriespeicher während des gesamten Betriebs virtuell begleitet. Das Modell simuliert in Echtzeit das Verhalten aller Zellen und vergleicht die tatsächlichen Messwerte kontinuierlich mit statistisch berechneten Sollwerten. Bereits kleine Abweichungen einzelner Zellen können so erkannt werden, lange bevor sie zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen.
Grundlage des Modells sind Herstellerdaten sowie Messungen zu Kapazität, Innenwiderstand und weiteren technischen Eigenschaften der Batterie. Mithilfe statistischer Verfahren berechnet der Digitale Zwilling das erwartete Verhalten der Zellen und macht Unregelmäßigkeiten sichtbar. Dadurch lassen sich schleichende Defekte frühzeitig identifizieren und Wartungsmaßnahmen gezielt planen.
Nach Einschätzung von Professor Oliver Bohlen, Leiter des Forschungsbereichs Elektrische Energiespeicher an der Hochschule München, ist die Methode einfach in bestehende Systeme integrierbar. Industriepartner wie Everllence, die Batteriespeicher unter anderem für hybride Schiffe einsetzen, könnten die Technologie nutzen, um ihre Systeme noch zuverlässiger zu machen und ungeplante Ausfälle im Betrieb zu vermeiden.
Mit dem digitalen Abbild der Batteriespeicher könnte damit ein wichtiger Beitrag zur Betriebssicherheit künftiger Energiespeicher geleistet werden, sowohl im Stromnetz als auch in der klimafreundlichen Mobilität auf Straße, Schiene und Wasser.
