Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Dimensionierung von Energiespeichern mit Doppelschichtkondensatoren für Industrieantriebe. Es wird gezeigt, dass ein einfaches Modell des Doppelschichtkondensators und die Kenntnis des Lastprofils ausreichen, um schon bei der Antriebsauslegung einen geeigneten DSK-Speicher bestimmen und seine Beanspruchung abschätzen zu können. Für viele Industrieanwendungen stellt der Doppelschichtkondensator den optimalen Energiespeicher dar. Für dynamische Lastzyklen, die im Bereich von einer Sekunde bis zu wenigen Minuten liegen, ist der Doppelschichtkondensator der ideale Speicher, da er sowohl die geforderte hohe Leistung liefern, als auch eine ausreichende Energiemenge speichern kann. Aufgrund der höheren Zyklenfestigkeit, der längeren Brauchbarkeitsdauer und der kürzeren Nachladedauer ist der Doppelschichtkondensator häufig einem Akkumulator vorzuziehen, auch wenn die Entladedauer im Bereich von wenigen Minuten - und somit deutlich über der inneren Zeitkonstante des Doppelschichtkondensators - liegt. Bei Industrieantrieben sind unterschiedlichste Lastprofile, die den Verlauf der Leistung über der Zeit darstellen, vorhanden. Die Anforderungen an einen Energiespeicher, der diese abdecken soll, reichen von einer Entladung mit konstanter Leistung bis zu hochdynamischen Lastspielen mit ausgeprägten Leistungsspitzen. Die Dimensionierung eines DSK-Speichers für eine bestimmte Applikation wird in erster Linie durch die zu speichernde Energiemenge und die erforderliche Leistung bestimmt. Es wurde gezeigt, dass jedoch in manchen Fällen die Speicherverluste die Bemessung des Speichers bestimmen. Dies ist vor allem bei hohen Leistungen und häufigen Wiederholungen des Lastspiels der Fall. Um die Verluste zu begrenzen, muss eine Überdimensionierung des DSK-Speichers erfolgen. Der Speicher wird dann energetisch nur noch zu einem geringen Teil ausgenutzt, aber nur dadurch kann ein Speicher aufgebaut werden, der thermisch nicht überlastet wird. Die thermische Beanspruchung schlägt sich wiederum auf die Brauchbarkeitsdauer des DSK-Speichers nieder. Um im Vorfeld die Belastung des Energiespeichers ermitteln zu können, ist die Kenntnis des Lastprofils von Vorteil. Um die Brauchbarkeitsdauer zu maximieren wurde untersucht, inwieweit sich die Verluste im DSK-Speicher reduzieren lassen. Als Ansatz diente dabei die Überlegung, den Leistungsverlauf der Last vom Leistungsverlauf des DSK-Speichers durch Nutzung des Zwischenkreises als zusätzlichen Puffer zu entkoppeln. Es zeigt sich, dass eine Reduktion der Verlustenergie im DSK-Speicher möglich ist. Dies führt jedoch zu einer Verlagerung der Verluste in andere Komponenten des Antriebssystems, so dass letztendlich keine Verbesserung der Effizienz des Gesamtsystems zu erzielen war. Zur experimentellen Untersuchung von zwei Beispielapplikationen mit unterschiedlichen Lastprofilen wurden DSK-Speicher aufgebaut, die an die jeweiligen Anforderungen angepasst wurden. Für beide Anwendungen wurden Prüfstände aufgebaut, die eine realistische Belastung der Speichermodule erlauben. Die Messergebnisse der Prüfdurchläufe liefern eine gute Übereinstimmung mit den Annahmen und Berechnungen, die im Vorfeld zur Bemessung der DSK-Speicher durchgeführt wurden. Der Einfluss einer aktiven Kühlung wurde durch Temperaturmessung an einzelnen Zellen in einem Modul überprüft. Für die aufgebauten Module wurden die elektrischen und thermischen Eigenschaften bestimmt.


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    Titel :

    Anwendung von Energiespeichern mit Doppelschichtkondensatoren in Industrieantrieben


    Beteiligte:
    Weber, Jochen (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    164 Seiten, Bilder, Tabellen, 42 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch