Titelaufnahme

Titel
Untersuchung von technischen, wirtschaftlichen, rechtlichen und ökologischen Parametern für die Second Life Anwendung von Traktionsbatterien als stationärer Photovoltaikspeicher / vorgelegt von: Gregor Kiem Dibiasi
Weitere Titel
Investigation of technical, economical, legal and ecological parameters for the application of traction batteries as stationary photovoltaic storage
AutorInnenKiem Dibiasi, Gregor
GutachterPetz, Andreas
Erschienen2018
Umfangx, 71 Blatt
HochschulschriftWien, FH Campus Wien, Masterarb., 2018
Datum der AbgabeNovember 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Reuse / Ökologie Reuse Konzept / Second Life / Stationärer Batteriespeicher / Wiederaufbereitung Traktionsspeicher / Wirtschaftlichkeit Reuse Konzept
Schlagwörter (EN)Reuse / Ecology Reuse Concept / Second Life / Stationary Battery Storage System / Recycling Traction Battery / Economic Value Reuse Concept
Schlagwörter (GND)Elektromobilität / Elektrofahrzeug / Akkumulator / Emission
URNurn:nbn:at:at-fhcw:1-5110 Persistent Identifier (URN)
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Untersuchung von technischen, wirtschaftlichen, rechtlichen und ökologischen Parametern für die Second Life Anwendung von Traktionsbatterien als stationärer Photovoltaikspeicher [2.78 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung von Wiederverwertungskonzepten für gebrauchte Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen als Photovoltaikspeichern. Es wird hauptsächlich darauf eigegangen, ob solche Reuse Konzepte auch bei sinkenden Batteriepreisen wirtschaftlich umgesetzt werden können. Zusätzlich wird aufgezeigt, welche gesetzlichen Bestimmungen in Österreich gelten und welchen ökologischen Vorteil Reuse-Konzepte bringen. Die technische Umsetzung wird anhand einer Batterie des BMW i3 aufgezeigt und erfolgt auf Modulebene. Dies bedeutet, dass die Traktionsbatterie in die acht Module zerlegt wird, diese dann einem Kapazitätstest unterzogen werden und die noch hochwertigen Module in einem Batterieschrank so eingebaut und verkabelt werden, dass die bestehenden Modulverbindungen wiederverwertet werden können. Für den Batterieschrank wird dann eine externe Schalt- und Regelvorrichtung verbaut.

Die Kosten für die Wiederaufbereitung und den Bau des stationären Batteriespeichers belaufen sich auf rund 311 je Modul. Angenommen die Module haben eine Restkapazität von 80 % ergibt die Kosten in Höhe von rund 147 /kWh_Rest (bei 2,12 kWh Restkapazität) oder rund 94 / kWh_Rest (bei 3,32 kWh Restkapazität). Für die weitere wirtschaftliche Betrachtung muss angemerkt werden, dass die gebrauchten Batterien nur rund die halbe Lebenszeit als stationäre Speicher aufzeigen im Verhältnis zu einem neuen Speicher. Es wurde im Laufe der Arbeit herausgefunden, dass das Betreiben der Speicher mit einer Entladetiefe von 100 % am wirtschaftlichsten darstellbar ist, dies verstärkt den Effekt, dass die Kapazitätsabnahme des Reuse-Speichers höher als diejenige einer Neubatterie ist. Werden diese Effekte mitberücksichtigt, ergibt dies einen maximalen Verkaufspreis von 281 /kWh_Rest (bei einem Batterieneupreis von rund 700 /kWh) für die gebrauchten Module. Dies ergibt, abhängig von der Batteriekapazität einen Verkaufserlös von 2.926 bzw. 968 je Batterie des BMW i3. In einer Sensitivitätsanalyse wurden die Einflüsse der sinkenden Preise für die Neubatterien auf den Verkaufserlös untersucht. Dies hat ergeben, dass die Wiederaufbereitung der 60 Ah Batterie des BMW i3 bis 2024 wirtschaftlich lukrativ bleibt und die Wiederaufbereitung der 94 Ah Batterie bis voraussichtlich 2033. Dabei wurden zukünftige Kapazitätssteigerungen der Traktionsbatterie nicht mitberücksichtigt.

Aus rechtlicher Sicht gilt in Österreich die ÖNORM EN 50272, die Maßnahmen zum Schutz vor Gefahren beschreibt und Anforderungen für die Errichtung und den Betrieb definiert. Für die Entsorgung von Batterien gilt es die Batterieverordnung zu beachten.

Durch das Wiederverwenden von gebrauchten Traktionsbatterien können Emissionen für die Produktion für Neubatterien vermieden werden. Um die Auswirkung auf die Emissionsbilanz des Elektrofahrzeuges zu definieren werden die Nutzungsdauer und der Nutzungsgrad, welcher durch den Energiedurchsatz im Speicher beschrieben wird, betrachtet. Der Energiedurchsatz der Batterie im stationären Betrieb ist dabei rund doppelt so hoch als im Fahrzeugbetrieb. Dies ergibt eine Zuordnung der Produktionsemissionen zu einem Drittel auf den Fahrzeugbetrieb und zu zwei Drittel auf den stationären Betrieb. Dadurch können in der Emissionsbilanz des Elektrofahrzeuges Einsparungen von 8 % -27 % (abhängig vom eingesetzten Strommix im Betrieb des Fahrzeuges) erzielt werden.

Im Zuge der Arbeit hat sich also gezeigt, dass Reuse-Konzepte von Traktionsbatterien technologisch und rechtlich gesehen umsetzbar sind. Aus wirtschaftlicher Sicht sind sie auch zukünftig sinnvoll und aus ökologischer Sicht können Sie erhebliche Emissionsvorteile für den Betrieb von Elektrofahrzeugen generieren.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the investigation of reuse concepts for used traction batteries of electric vehicles as photovoltaic storage. It is mainly investigated if such reuse concepts can be economically advantageous even with falling battery prices. In addition, it will be shown which legal conditions apply in Austria and which ecological advantages reuse concepts bring. The technical implementation is demonstrated by the battery of the BMW i3 and takes place at the module level. This means that the traction battery is disassembled into the eight modules, then the capacity of the modules is tested, and the still high-quality modules are prepared for installation. The modules are installed and wired in a battery cabinet in such a way, that the existing module connections can be reused. An external switching and control device are installed for controlling the stationary battery.

The costs for the reconditioning and construction of the stationary battery storage are around 311 per module. Assuming the modules have a residual capacity of 80%, the costs are 147 /kWh (with 2.12 kWh remaining capacity) or 94 /kWh (with 3.32 kWh remaining capacity). It be noted that the used batteries only have about half the lifetime as stationary storage in relation to a new storage. It has been found out that the operation of the battery storage with a depth of discharge of 100% the economically best way is. This reinforces the effect that the capacity decrease of the reuse battery is higher than the one of a new battery. Considering this effects, a maximum selling price of 281/kWh (with a new battery price of around 700/kWh) can be reached for the used modules. Depending on the battery capacity, this results in a sales revenue of 2.926 or 968 per battery pack of the BMW i3. The effects of falling prices for the new batteries were examined in a sensitivity analysis. This has shown that the reusing of the 60 Ah battery of the BMW i3 remains economically lucrative until 2024 and the reprocessing of the 94 Ah battery is expected to be lucrative until 2033. Future capacity increases of the traction battery were not considered.

From a legal point of view, the ÖNORM EN 50272 applies in Austria. It describes aktivities for protection against dangers and defines requirements for construction and operation. For the recycling of batteries, the Austrian battery regulation must be observed.

By reusing used traction batteries, the production of new batteries can be avoided. This has an impact on the emission balance of the electric vehicle. For defining the impact the lifespan and the degree of utilization, which is described by the energy throughput, are considered. The energy throughput of the battery in stationary use is twice as high as in vehicle operation. This means a one-third allocation of production emissions to vehicle operation and two-thirds to stationary operation. This results in savings of 8% to 27% (depending on the power mix used to charge the vehicle) of greenhouse gas emissions in the emission balance of the electric vehicle.

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