Systemkonzept für mobilen Energiespeicher & unterbrechungsfreie Stromversorgung

Ausgangslage

Die derzeitige, von emost AG eingesetzte Leistungselektronik basiert auf einer herkömmlichen dreiphasigen USV-Anlage mit Anschluss einer Hochvoltbatterie. Dies ist für den Grundbetrieb des Butler S ausreichend, aber für zukünftige Anwendungen zu wenig flexibel und daher nur bedingt geeignet. Das neue Systemkonzept des mobilen Batteriespeicher soll flexibel, skalierbar und universell einsetzbar sein. Zu diesem Konzept gehörten unter anderem folgende Anschlussmöglichkeiten, die geprüft wurden:

• E-Auto laden: Die Möglichkeit Autos und Maschinen auf der Baustelle laden zu können
• PV-Integration: Den Speicher am Einsatzort mit PV laden zu können
• 4-Quadtranten Betrieb: Der bidirektionale Betrieb des Speichers und damit die Rekuperation, wie zum Beispiel die Bremsenergie eines Baukrans aufzunehmen
• Netz- oder CCS-Ladebetrieb: Der Batteriespeicher soll nicht nur über einen zusätzlichen Netzanschluss geladen werden können, sondern auch über einen erweiterten CCS-Anschluss, der es erlaubt, den Speicher an einer gewöhnlichen E-Auto Ladesäule zu laden.

Ergebnisse

Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, wurden verschiedene Konzepte entwickelt und auf die Machbarkeit geprüft. Die Systemkonzepte sind flexibel, einfach sowie für grössere Leistungen und Batteriekapazitäten skalierbar. Abhängig von benötigen Funktionen und der vorgegebenen Spezifikationen der Batteriespannung eigenen sich einige Konzepte besser als andere. Sie alle bieten die Möglichkeit, die Batterie vom Netz als auch über eine CCS-Ladestation laden zu können. Ebenfalls unterstützen die Konzepte die Möglichkeit, E-Fahrzeug über die verbaute CCS-Schnittstelle zu laden. Mit der Option einer PV-Anbindung kann der Speicher noch ökologischer betreiben werden.
Basierend auf den ausgearbeiteten Konzepten wurden die Anforderungen an die einzelnen Leistungsstufen und Konverter definiert. Verfügbare Hersteller und Produkte auf dem Markt wurden zusammengetragen und verglichen. Dabei wurden mehr als 45 verfügbare Konverter einander gegenübergestellt. Die Suche nach einem geeigneten AC-DC Konverter als AC-Ausgang stellte sich als äusserst schwierig heraus. Viele Hersteller verfügen grundsätzlich über solche Konverter, die jedoch nicht die Spezifikationen erfüllen. Für die geforderte Bidirektionalität und den Inselbetrieb muss das Gerät sowohl 4-quadrantenfähig sein als auch asymmetrische Lasten betreiben können. Weitere Themen, die in dieser Vorstudie betrachten wurden, waren normative Anforderungen, nötige galvanische Trennung der Konverterstufen sowie Isolationsüberwachung des mobilen Batteriespeicher.
Als Ergebnis konnte der emost AG ein flexibles Systemkonzept empfohlen werden, das die nötigen Anforderungen erfüllt. Die Zusammenstellung und Vorauswahl an potenziellen Konverter soll helfen, um einzelne davon zukünftig zu testen und deren Einsatz im neu entwickelten emost Butler S zu verifizieren.