16.10.2025 – Forschende im Projekt KV-BATT wollen die Energieverluste in Hochleistungsbatteriespeichern dadurch reduzieren, indem sie die Spannung um das Zehn- bis Zwanzigfache erhöhen. Um die Lösung in der Praxis zu testen, wird bereits ein Reallabor im Sauerland errichtet.
Am Fachbereich Elektrotechnik der Fachhochschule Dortmund widmen sich Forscher:innen dem Problem, dass mit der großen Anzahl einzelner Batteriezellen, die in Hochleistungsbatteriespeichern verkabelt sind, auch die Energieverluste im Speicher ansteigen – Stichwort: elektrischer Widerstand. Dabei geht dem gesamten Speichersystem nicht nur Strom verloren, der in Form von Wärme abgegeben wird, sondern es wird parallel ein zusätzlicher Strombedarf erzeugt, um den Batteriespeicher zu kühlen. Damit vergrößern sich die Energieverluste, da für die Kühlung der Speicher natürlich ebenfalls Strom benötigt wird.
Höhere Spannung = weniger Verluste
Um dieses Dilemma zu lösen, sind die Projektbeteiligten auf eine einfach klingende Lösung gekommen: „Wir müssen mit der Spannung hoch, um die Verluste zu minimieren – denn je höher die Spannung, desto niedriger der Strom, desto geringer der Verlust“, erläutert Prof. Dr. Martin Kiel, Dozent am Fachbereich Elektrotechnik der FH Dortmund.
Die elektrotechnische Erklärung hinter diesem Lösungsansatz, erläutern die Projektbeteiligten am praktischen Beispiel eines Staubsaugers: „Die Spannung wird durch die Steckdose vorgegeben, hierzulande sind das 230 Volt. Daraus lässt sich nun die Stärke des Stroms errechnen, der durchs Kabel fließt. Beim 900-Watt-Staubsauger an einer Steckdose fließen beispielsweise knapp 4 Ampere Strom.“
„Würde aus der Steckdose die doppelte Spannung kommen – also 460 Volt –, läge die Stromstärke für den Staubsauger bei nur noch 2 Ampere“, rechnet Prof. Dr. Stefan Kempen von der TU Dortmund vor. Hinzu kommt dann der Faktor elektrischer Widerstand: „Den bekomme ich nie ganz weg. Selbst das gut leitende Kupferkabel hat einen kleinen Widerstand“, erklärt Prof. Kempen. Und je höher die Stromstärke (in Ampere), desto höher sind die Verluste durch den Widerstand. Beim Staubsauger ist das alles kein Problem. Doch Hochleistungsbatteriespeicher haben heute Leistungen bis zu 100 Megawatt. Ihre Spannung liegt etwa bei 1.000 Volt. Entsprechend der Formel (Leistung geteilt durch Spannung = Stromstärke) entstehen also Ströme von vielen Tausend Ampere. Erhöht man also hier die Spannung um ein Vielfaches, sinkt der Strom und damit auch der Energieverlust.
Realitäts-Check
Um die Theorie in der Praxis zu testen, wollen die Forscher:innen die Spannung im Batteriespeicher um mindestens den Faktor 10, vielleicht auch um den Faktor 20 erhöhen. Dafür entsteht derzeit in der sauerländischen Gemeinde Ense in Zusammenarbeit mit den örtlichen Stadtwerken ein Reallabor. Zwei Batteriespeicher – einer mit der klassischen Spannung von 1.000 Volt, einer mit 10.000 bis 20.000 Volt Spannung. „Wir werden dann nicht nur geringere Verluste sehen, sondern können unter realen Bedingungen prüfen, wie sich die Hochspannung auf die Lebensdauer der Batterien auswirkt und wie wir mit einem guten Batterie-Monitoring das Gleichgewicht der einzelnen Batteriezellen verbessern können“, erläutert Prof. Kiel.
Die KV-BATT-Projektmitarbeiter:innen Vanessa Steinkötter, Florian Leßmann und Marvin Sommer (v.l.) haben die eigens entwickelten modularen Batteriespeicher-Baugruppen im Hochspannungslabor der FH Dortmund ausgiebig getestet. Jetzt folgt der Echtzeit-Check im Reallabor. (Bild: Benedikt Reichel / Fachhochschule Dortmund)
In den vergangenen Jahren haben die Forschenden an der FH Dortmund bereits eine Vielzahl an Berechnungen durchgeführt, eine eigene modulare Batteriespeicher-Baugruppe entwickelt und diese im FH-eigenen Hochspannungslabor unter diversen Umweltbedingungen von Temperatur bis Luftfeuchtigkeit erfolgreich getestet. „Jetzt wollen wir dieses System im Reallabor final prüfen“, sagt Prof. Kiel. Ende dieses Jahres sollen die Fundamente in einem Gewerbegebiet in Ense-Höingen stehen. 2026 nimmt das Reallabor dann für zwei Jahre den Betrieb auf. (cp)
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