VoltStorage revolutioniert Redox-Flow Ladestandsmessung

Kostengünstiges Messverfahren sorgt für hochpräzise Bestimmung des Ladestands von Redox-Flow Stromspeichern

München, 22. Mai 2020 – Im Rahmen eines eineinhalb Jahre dauernden Entwicklungsprojekts ist es VoltStorage gelungen, ein hochpräzises Verfahren zur Ladestandsmessung von Redox-Flow Batterien zu marktfähigen Produktionskosten zu entwickeln. VoltStorage setzt damit neue Standards, da eine kostengünstige Methode zur Messung des Ladestands bis dato eine der zentralen Herausforderungen darstellte.

Herausforderung: Kostengünstige Redox-Flow Ladestandsmessung mit hohem Präzisionsgrad

Seit Entwicklung der Redox-Flow Speichertechnologie in den 1970er Jahren wurde diese Speichertechnik maßgeblich in Großspeichersystemen eingesetzt. „Für den Betrieb von Großspeichern war die Entwicklung kostengünstiger Verfahren zur Messung des Ladestands nicht notwendig. Dies liegt daran, dass der Kostenanteil bestehender Messverfahren an den Gesamtkosten deutlich höherpreisiger Großspeichersysteme gering ausfällt. Bei Heimspeichersystemen mit wesentlich niedrigeren Produktions- und Endkundenkosten verhält sich das jedoch anders. So wären wir mit bestehenden kostenintensiven Messverfahren aufgrund des hohen Kostenanteils schlicht nicht marktfähig“, erklärt VoltStorage CTO Michael Peither, der den Bereich Technologieforschung leitet.

Dies hat zur Folge, dass auf dem Markt keine kostengünstigen Standard-Komponenten verfügbar sind, die eine hochpräzise Ladestandsmessung von Redox-Flow Batterien ermöglichen. VoltStorage setzte daher auf ein alternatives Messverfahren, das auf Basis des sogenannten Coloumb-Countings beruht – einer in der Wissenschaft verbreiteten Methode zur Messung des Ladestands. Ein naturgemäßer Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch der Schwankungsbereich, der in bestimmten Bereichen des Ladestands zu ungenauen Angaben führen kann.

Über 1,5 Jahre Entwicklungszeitraum für neues Messverfahren

Mit dem Ziel neue Standards im Bereich der Redox-Flow Technologie zu setzen, hat sich das VoltStorage Forschungsteam der technologischen Herausforderung einer hochpräzisen und kostengünstig zu produzierenden Ladestandsmessung gestellt. Im Rahmen eines über eineinhalb Jahre andauernden Entwicklungsprojekts haben fünf Mitarbeiter aus den Bereichen Forschung und Entwicklung eine Vielzahl an Methoden zur Bestimmung des Ladestands von Redox-Flow Batterien evaluiert. „Der absolute Großteil aller Messverfahren, die in der Wissenschaft beschrieben werden, sind für die Umsetzung in seriell produzierten Speichersystemen nicht praktikabel“, erläutert Produktentwicklungsingenieur Dr. Sean Ashton, der bei VoltStorage als Projektleiter für die Entwicklung der neuen Ladestandsmessung verantwortlich ist.

Der Grund dafür liegt darin, dass neben der angestrebten Messpräzision auch andere Aspekte in die Bewertung der Verfahrenspraktikabilität einfließen. „Neben den Kosten für die benötigten Messkomponenten spielen auch die serielle Produzierbarkeit sowie die Integrierbarkeit ins Gesamtsystem eine entscheidende Rolle“, erklärt VoltStorage CTO Michael Peither. Aus der Vielzahl der in wissenschaftlichen Fachartikeln beschriebenen Messverfahren wurden über 30 Methoden einer genaueren Prüfung unterzogen. Lediglich drei Verfahren haben es in die Prototypen-Entwicklung geschafft, um auf Basis von Testmessungen genauere Einschätzungen treffen zu können.

Dr. Sean Ashton mit SOC Prototyp
Prototyp zur Redox-Flow Ladestandsmessung
Dr. Sean Ashton bei der Analyse von SOC-Testmessungen
Analyse von Testmessungen im VoltStorage Labor
VoltStorage App Screen Ladestand
Hochpräzise Ladestandsmessung für Endkunden

Neues Messverfahren revolutioniert Redox-Flow Ladestandsmessung

Die Prototypen-Test im Laborumfeld haben gezeigt, dass eines der drei getesteten Messverfahren für den seriellen Einsatz in Redox-Flow Stromspeichern besonders geeignet ist. „Aus Wettbewerbsgründen können wir die genaue Verfahrensweise nicht nach außen kommunizieren, jedoch handelt es sich um eine Messmethode, die eine hochpräzise Ladestandsbestimmung ermöglicht – und das unabhängig von der jeweils eingesetzten Redox-Flow Zellchemie“, erklärt Projektleiter Dr. Sean Ashton. Darüber hinaus ermöglicht die Messmethodik ein Komponenten-Design, das einfach und kostengünstig in das Gesamtsystem integriert werden kann. Für die Auswertung der Messdaten und Berechnung des aktuellen Ladestands hat die interne Elektronikentwicklung von VoltStorage ein eigenes „Measurement-Board“ entwickelt.

Angebunden an die zentrale Steuerungseinheit, können mit Hilfe dieses Measurement-Boards die Ladestandswerte für andere Systemfunktionen genutzt werden. So etwa für das integrierte Rebalancing-System, das bei einer Ladestand-Imbalance zwischen dem negativ und positiv geladenen Elektrolyttank automatisch aktiviert wird. „Das neue hochpräzise Messverfahren hat somit auch positive Auswirkungen auf eine Systemfunktion, mit der die Zyklenfestigkeit des Gesamtsystems gewährleistet wird“, erläutert Dr. Sean Ashton.

Nächste Schritte: Prototypen-Einsatz in Seriensystemen

Nach abgeschlossener Prototypen-Entwicklung werden nun ausgewählte Seriensysteme mit den notwendigen Messkomponenten ausgestattet. „Es ist entscheidend, dass wir nach erfolgreichen Labortests nun auch im realen Nutzungsumfeld tiefergehende Erkenntnisse über das neue Messverfahren erhalten – auch im Zusammenspiel mit anderen Systemfunktionen, die auf die Ladestandsmessung angewiesen sind“, erklärt VoltStorage CTO Michael Peither. Sofern die weiteren Tests ebenso erfolgreich verlaufen wie bislang, soll das für die Verarbeitung der Messdaten zusätzlich benötigte „Measurement-Board“ in die vorhandene Steuerungseinheit des Speichersystems integriert werden. „Es ist unser klares Entwicklungsziel, das neue Messverfahren künftig für alle Seriensysteme verfügbar zu machen“, sagt Michael Peither.

Neben den Erfolgen in der Redox-Flow Materialforschung unterstreicht VoltStorage mit der Entwicklung der neuen Ladestandsmessung seinen Führungsanspruch im Redox-Flow Bereich. „Wir sind sehr froh darüber, dass sich unsere personellen Investitionen in den Forschungs- und Entwicklungsbereich derart auszahlen. Wir sind klar mit dem Ziel angetreten, nicht nur als Systemintegrator aufzutreten, sondern auch einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Redox-Flow Technologie zu liefern. Damit unterscheiden wir uns maßgeblich von anderen Mitbewerbern“, erläutert VoltStorage CEO und Co-Gründer Jakob Bitner die strategischen Vorgaben im Bereich Forschung und Entwicklung.

Mehr über VoltStorage

VoltStorage entwickelt und produziert Solarstromspeicher auf Basis der ökologischen Redox-Flow-Technologie,. Mit den nachhaltigen Speicherlösungen verfolgt VoltStorage die Vision, 100% Erneuerbare Energien rund um die Uhr verfügbar zu machen – und so die Welt sauberer und fairer zu gestalten.

VoltStorage ist das weltweit erste Unternehmen, das die im Großspeichersegment seit Jahren erfolgreiche Redox-Flow-Technologie als Heimspeicherlösung für Privathaushalte verfügbar macht. Möglich machte dies ein von VoltStorage zum Patent angemeldetes Produktionsverfahren, das erstmals eine automatisierte und damit kostengünstige Fertigung von Redox-Flow-Batterien erlaubt.

Mit der Redox-Flow-Technologie kann das Unternehmen eine Speichertechnik im Massenmarkt etablieren, die ohne seltene Materialien und Konfliktrohstoffe auskommt, vollständig recyclebar ist und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit aufweist.

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