Dynamische Batterie - Cascaded Multilevel Inverter Battery Storage

[Emil]

Ich habe schon vor vielen Jahren noch im elweb zum Thema rekonfigurierbare Batterie geschrieben bei der es durch dynamische Verschaltung von Batteriezellen möglich ist auf ein explizites Balancing in der Serienschaltung von Zellen zu verzichten. Die dynamischen Batterien lieferten am Ausgang weiterhin Gleichspannung.

Seit einiger Zeit werden jetzt Konzepte entwickelt bei denen man noch einen Schritt weiter geht und gleich die Inverterfunktion mit erledigt, und Wechselspannung am Ausgang liefert.

Momentan kenne ich zwei Lösungen:

• SAX Home Batteriespeicher
• Bavertis E-Auto Batterie Inverter

Mit dieser Lösung ist nicht nur eine hohe Effizienz möglich, sondern auch eine hohe Kapazitätsausnutzung und Lebensdauer.

Weitere Links:

https://insideevs.de/news/719555/multilevelbatterie-bavertis-ohne-inverter/

https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&opi=89978449&url=https://mediatum.ub.tum.de/doc/1455549/1455549.pdf&ved=2ahUKEwjP78fspJWGAxXgavEDHc_EC7IQFnoECCMQAQ&usg=AOvVaw387PT3L5kMXuiQ8nwxQAqu

 

[Kamikaze]

Interessanter Ansatz.
Bin gespannt, wie sich das entwickelt.
Nur, wo ein "sinusförmiger Gleichstrom" im Alltag vorkommt (das wird hier als Vorteil beim Laden angepriesen) weiß ich nicht so recht.

 

[Emil]

Beim Laden mit AC werden nach dem selben Prinzip wie beim Entladen ebenfalls die Zellen passend zu dem aktuellen Spannungswert der Wechselspannung in Serie geschaltet. D.h. die Serienschaltung ändert sich ständig in weniger als 1 ms.
Sinusförmiger Gleichstrom wäre es wenn AC um die Spitzenspannung ins Positive verschoben ist (0 wird nicht unterschritten). Diese könnte von der Batterie direkt zum Laden genutzt werden ohne eine Gleichrichtung.

Ganz generell hat das Prinzip auch den Vorteil dass man zum Laden und Entladen völlig unterschiedliche Spannungen haben kann. Man könnte prinzipiell die Batterie bei einem Elektroauto mit 230 V laden und für den Antrieb dann 800 V am Motor nutzen oder auch umgekehrt die Batterie mit 800 V laden und dann die E-Motoren mit nur 400 V betreiben, ohne dass es zusätzlicher Ladegeräte zur Spannungswandlung braucht. Dies geschieht letztlich alles durch Software die die MOSFET zur Rekonfiguration steuert.

Die dynamische Reconfiguration wird auch schon für PV-Anlagen getestet.

 

[L.S.]

Was würde denn da passieren wenn so ein MOSFET mal kaputt geht und einen Kurzen bekommt (ja, normalerweise trennt er ja dann eher, aber was wenn nicht)?

 

[Emil]

Da kommt es wahrscheinlich zu Störungen in der Ausgangsspannung, im schlimmsten Fall knallt es und der MOSFET hat ein Loch.

 

[Emil]

Im Podcast gibt es mehr Informationen zur Anwendung von kaskatierten Multi Level Invertern.

Zu SAX:

Bei den Speichern befinden sich 6 Module a 20 Zellen im Gehäuse. Es sind 2 MOS-FET pro Zelle in Reihe, also 240 Stück. Es werden MOS-FET mit einem RDSon von weniger als 1 mOhm verwendet.

https://sax-power.net/download/Handbuch_SAX_Home_5,8_DE.pdf

https://sax-power.net/download/Handbuch_SAX_Home_Plus_7,7_DE.pdf

https://sax-power.net/download/Pruefbericht_KIT_SAX_PowerHomespeicher_7,7_DE.pdf

https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.0/publication-dates/20230301/patents/EP4142137NWA1/document.pdf

Leider ist der Preis der SAX Speicher immer noch relativ hoch, und für den Einbau mit Smartmeter braucht man einen Elektriker, was die Kosten weiter nach oben treibt.
Hier wäre es meiner Meinung nach sinnvoll dass sich SAX mit Tibber zusammen tut und nicht nur eine Ladesteuerung mit Tibber ermöglicht, sondern auch für eine Plug-and-Play Lösung die Zählerdaten von Tibber empfängt und damit die Nullregelung realisiert. Dann könnte so ein Speicher, soweit der Preis noch deutlich nach unten geht, eine gute Ergänzung für ein Balkonkraftwerk sein.

Einfach in die Steckdose stecken, mit dem Internet verbinden und los gehts.

Bavertis/Pulsetrain verwendet übrigens eine flexiblere Schaltung mit 3 MOSFET womit Zellen in Reihe, Parallel und abgeschaltet werden können.

Ein weiterer Anbieter für Großspeicher ist STABL.

 

[michael_emobilitaetblog]

Klingt spannend, aber ich frag mich, wie stabil das in der Praxis wirklich läuft. Klar, MOSFETs und Software regeln viel, aber was passiert, wenn mal was schiefläuft? Fehler in der Verschaltung könnten richtig teuer werden.

Und diese Millisekunden-Umschaltungen klingen gut – aber das belastet die Bauteile ordentlich. Ob die Effizienz auch bei realen Bedingungen, wie Hitze oder alternden Zellen, so bleibt, wie versprochen? Da bin ich skeptisch. Ideen sind top, aber oft liegt der Haken im Detail.

 

[Emil]

Im Gegensatz zu normalen Wechselrichtern die mit Frequenzen von 100+ kHz arbeiten, ist die Frequenz hier nur 5 kHz. Die hier verwendeten MOS-FET können locker mit 20 MHz arbeiten

Auch die Spannungsfestigkeit der MOS-FET braucht nur im Bereich von 50 V liegen, während sie bei normalen Wechselrichter bei 600 V liegen muss.

Hitze wird bei einer gemessenen Effizienz von knapp 99 % praktisch keine erzeugt.

Die Voraussetzungen für einen langjährigen störungsfreien Betrieb sind jedenfalls gut. Wie die Situation dann wirklich ist wird sich erst in 10+ Jahren zeigen.

 

[Emil]

Die Preis der SAX Speicher sind am sinken.

Die LFP Preise von 50 €/kWh schlagen langsam durch und der 5,8 kWh Speicher kostet jetzt nur noch 2.999 €, und der 7,7 kWh Speicher liegt bei 3.999.

Sie sind aber immer noch teurer als andere Angebote für Hybridwechselrichter. Die Preise müssen in Richtung 100 €/kWh für den steckerfertigen Speicher, dann explodiert der Batteriemarkt.

 

[Kamikaze]

Die Preise müssen in Richtung 100 €/kWh für den steckerfertigen Speicher, dann explodiert der Batteriemarkt.

Also zumindest der Markt für netzgebundene Batterien ist bereits seit einiger Zeit am explodieren:

Battery Charts

Battery Charts is a development of Jan Figgener, Christopher Hecht, and Prof. Dirk Uwe Sauer from the Institute for Power Electronics and Electrical Drives (ISEA) at RWTH Aachen University. With this website, we offer an automated evaluation of battery storage from the public database (MaStR) of...

battery-charts.rwth-aachen.de