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DieSerienschaltungmehrererStackserhöhtzwardieBatteriespannung,führtjedoch zu einem niedrigeren Systemwirkungsgrad. Abhängig von der verwendeten Strom- dichte liegt dieser Verlust zwischen 1,6 und 3,3 Prozentpunkten. Für höhere Stromdichten scheint es jedoch möglich, den Verlust an Wirkungsgrad auszugleichen durch einen Batteriewechselrichter der dank der höheren Eingangsspannung selbst einen höheren Wirkungsgrad hat. Für die Batterie mit nur einem Stack, welches folgerichtig alle Lastfälle bedienen muss, wurde eine Zelle mit einer 2000 cm2 großen Elektrode und einem langen aber nicht zu engen Zuleitungskanal als effizientester Entwurf identifiziert. Mit kleinen Abstrichen beim Wirkungsgrad ist es jedoch möglich, die Elektrodenfläche zwischen 1000 cm2 und 4000 cm2 weitgehend frei zu wählen. In der Serienschaltung der Stacks treten deutlich erhöhte Streuströme auf. Der Vorteil der größeren Elektrode bezüglich der Streuströme wird teilweise kompensiert durch die Notwendigkeit, die großen Zellen mit großen Rohr- und Schlauchdurchmessern zu versorgen. Trotzdem erzielt die größte untersuchte Zelle mit dem längsten und engsten Zuleitungskanal den höchsten Wirkungsgrad in einem Strang aus drei Stacks. Für einen solchen Strang muss von der Verwendung einer kleinen Elektrodenfläche in Kombination mit einem kurzen und breiten Zuleitungskanal abgeraten werden. Insgesamt gewinnt das Thema Zelldesign an Bedeutung, wenn mehrere Stacks elektrisch in Serie betrieben werden sollen. Im dritten und letzten Teil der Arbeit wird die bereits vorab veröffentlichte innovative Volumenstromregelung präsentiert und erweitert. Ein Spannungsregler für die Stackspannung wird vorgestellt, welcher über die Regelung des Volumenstroms die Verletzung von Zellspannungsgrenzen so lange wie möglich verzögert. Dieser Regler ist in der Lage die Effizienz der innovativen Volumenstromregelung mit einer hohen Entladekapazität zu verbinden. Betrachtet man ausschließlich den Wirkungsgrad, erscheint die Verwendung eines konstanten Volumenstroms als Option. Jedoch muss mit dieser ein deutlicher Verlust an Entladekapazität akzeptiert werden. Im Vergleich mit der konventionellen variablen Volumenstromregelung nach Faradays erstem Gesetz der Elektrolyse erreicht der innovative Ansatz eine Steigerung des Wirkungsgrads um einen Prozentpunkt. Für die nominale Stromdichte erscheint die Verwendung eines konstanten Volumenstroms auch unter Berücksichtigung einer maximalen Entladekapazität möglich. Für kleinere Stromdichten muss dann jedoch ein Wirkungsgradverlust von bis zu 21 Prozentpunkten in Kauf genommen werden. Die innovative variable Volumenstromregelung erzielt leicht höhere Kapazitäten als die konventionelle. Gleichzeitigt erreicht sie zudem eine Steigerung des Wirkungsgrads um bis zu 0,9 Prozentpunkte. In Kombination mit dem vorgestellten Spannungsregler ist die innovative variable Volumenstromregelung daher allen anderen Konzepten überlegen. 2PDF Image | Model-based Design Vanadium Redox Flow Batteries
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