DE102007000274A1 - Batteriespeicher - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriespeicher, der Sekundärzellen umfasst, die einzeln parallel verschaltet sind, wobei die Nennspannung des Batteriespeichers mit der Nennspannung einer Sekundärzelle identisch ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriespeicher, umfassend Sekundärzellen, die einzeln parallel verschaltet sind.
  • Stand der Technik
  • Üblicherweise werden Batteriespeicher aus Einzelzellen zusammengeschaltet, das heißt je nach Spannung oder Kapazität erfolgt eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung der Einzelzellen. Eine solche Kopplung hat allerdings neben dem Nachteil, jede Einzelzelle mittels eines Betriebsmanagementsystems überwachen zu müssen, noch weitere Probleme zur Folge. Einerseits besteht die Gefahr einer Überladung von Zellen mit unterschiedlichem Ladespannungs-Zeitverhalten in Reihenschaltung. Andererseits wirken im Verbraucherkreis bei Reihenschaltung Kurzschlussströme direkt in jeder der Einzelzellen in der gleichen Stromstärke, und müssen in der Zuleitung abgeschaltet werden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Batteriespeicher bereitzustellen, der die oben erwähnten Nachteile vermeidet. Diese Aufgabe wird mit dem gemäß Patentanspruch 1 definierten Batteriespeicher gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Technische Lösung
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Batteriespeicher durch Anwenden eines Batteriespeichers mit Sekundärzellen, die einzeln parallel verschaltet sind, wobei die Nennspannung des Batteriespeichers mit der Nennspannung einer Sekundärzelle identisch ist.
  • Erfindungsgemäß sichert die Schaltungsanordnung aufgrund einer immer gleichen Lade- und Entladespannung an den Polen einen gleichmäßigen Lade- und Entladeverlauf aller im Speicher verknüpften Einzelzellen, unabhängig von der Ladespannungs-Zeit-Kurve. Auf diese Weise werden Über- oder Unterladezustände bei den Einzelzellen, die die Lebensdauer beeinträchtigen, vermieden. Ferner wird gewährleistet, dass Batterien mit LiCo-Oxid, LiNiCo-Oxid oder Al-dotierten LiCo-Oxiden während ihres normalen Betriebszustandes keine Gefährdungszustände erreichen können.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein prinzipielles Schaltbild eines Stromrichters, bei dem die Erfindung angewendet werden kann.
  • 2 zeigt ein Schaltbild der Verschaltung von Batteriezellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
  • Der Batteriespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst Sekundärzellen, die einzeln parallel verschaltet sind.
  • Die Sekundärzellen, die in dem erfindungsgemäßen Batteriespeicher eingesetzt werden, sind vorzugsweise Lithiumionen-Batteriezellen oder Lithiumpolymer-Batteriezellen. Insbesondere bevorzugt sind Lithiumionen-Batteriezellen oder Lithiumpolymer-Batteriezellen, in denen die aktive Schicht der Kathodenelektrode mindestens ein Element, gewählt aus der Gruppe bestehend aus LiCo-Oxid, LiNiCo-Oxid, Al-dotiertem LiNiCo-Oxid, Li-Mn-Spinell, LiFe-Phosphat oder Gemische hiervon enthält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Energieübertragung vom Speicher zum Verbraucher vorzugsweise galvanisch entkoppelt, und die verbraucherseitige Spannungsebene und Spannungsart (d. h. Gleichspannung oder Wechselspannung) wird vorzugsweise mittels leistungselektronischer Bauelemente zur Verfügung gestellt. Auch die Einspeisung in vorhandene Netzsysteme zur Pufferung von Spitzenlasten ist denkbar. Wegen der galvanischen Entkopplung wirken Kurzschlüsse oder elektrische Überlastzustände direkt auf Sicherungen im Verbraucherkreis und im Batterieblock nur in der Form des Quotienten der Zellenzahl bezogen auf die Einzelzelle. Somit ist die Anwendung solcher Sekundärzellen in alternativen Energiegewinnungsanlagen von Vorteil, weil die Verfügbarkeit der gespeicherten Energie bedarfsgerecht gegeben ist, und die Sekundärzellen problemlos zu großen Leistungseinheiten verknüpft werden können.
  • Die Batterie findet Anwendung als Baustein eines Kompaktstromrichters (z. B. BORDLINE® „-CC500 D" von ABB Power Electronics) und nimmt dort die Position eines DC-Zwischenkreises (4), der Puffer und Speicher zum Verbraucher (2) ist, ein.
  • Der in 1 gezeigte Kompaktstromrichter besteht aus:
    • 1
    Generator (z. B. Windkraft)
    2
    Verbraucher
    3
    Generator-Umrichter
    4
    DC-Zwischenkreis
    5
    Traktions-Umrichter
    6
    Brems-Chopper
    7
    Batterie-Ladegerät und Umrichter-Vorladegerät
    8
    3-phasiger Hilfsbetriebsumrichter
  • Der Kompaktstromrichter wird unter den folgenden Bedingungen betrieben:
    Generatorleistun: 430 KW (z. B. Windkraft)
    Generatorstromrichter: 480 V/60 Hz/600 A
    Zwischenkreis: 750 V (Li-Ionen)
    Betriebsumrichter: 3~400 V/50 Hz/50 kVA
  • Die Batterieladung des Zwischenkreises (4) erfolgt über den Generator-Umrichter (3) oder über den Betriebs-Umrichter (8), so dass die im Zwischenkreis (4) angeordnete Batterie sowohl als Speicher (Windkraft), als auch als Puffer (50 Hz Netz) wirken kann.
  • 2 zeigt ein Schaltbild, das die prinzipielle Anordnung der Batteriezellen Cx.
  • Einzelkapazitäten Cx sind in Reihe mit einem Sicherungselement Fx verbunden. Dieses Sicherungselement dient beispielsweise zur Überstromsicherung. An jeder der Einzelkapazitäten Cx fällt die Spannung Ux ab.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Verschaltung des Batteriespeichers gemäß dem Ausführungsbeispiel gelten folgende Beziehungen: Cx1 = Cx2 = ... = Cxn = ... = Cx∞ Fx1 = Fx2 = ... = Fxn = ... = Fx∞
  • Daraus folgt die Beziehung: Ux1 = Ux2 = ... = Uxn = ... = Ux∞ = Uges
  • Wobei n (1 ≤ n ≤ ∞) Einzelkapazitäten Cx in dem Batteriespeicher des Ausführungsbeispiels bereitgestellt sind. Uges bezeichnet die Gesamt- bzw. Nennspannung des Batteriespeichers.

Claims (5)

  1. Batteriespeicher, umfassend Sekundärzellen, die einzeln parallel verschaltet sind, wobei die Nennspannung des Batteriespeichers mit der Nennspannung einer Sekundärzelle identisch ist.
  2. Batteriespeicher nach Anspruch 1, wobei die Sekundärzellen Lithiumionen-Batteriezellen oder Lithiumpolymer-Batteriezellen sind, in denen die aktive Schicht der Kathodenelektrode mindestens ein Element, gewählt aus der Gruppe bestehend aus LiCo-Oxid, LiNiCo-Oxid, Al-dotiertem LiNiCo-Oxid, Li-Mn-Spinell, LiFe-Phosphat oder Gemische hiervon enthält.
  3. Batteriespeicher nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nennspannung der Verbraucherseite mittels eines leistungselektronischen Bauelements transformiert wird, und der Batteriespeicher von der Verbraucherseite galvanisch entkoppelt ist.
  4. Batteriespeicher nach Anspruch 3, wobei das leistungselektronische Bauelement den Schutz der Sekundärzellen vor äußerem Kurzschluss, vor äußeren Überspannungen und/oder Stoßspannungen sowie vor Überlastschutz sichert.
  5. Batteriespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaltungsanordnung der Sekundärzellen die Anwendung der Sekundärzellen sowohl im Inselbetrieb, als auch in Verbundnetzen ermöglicht.
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DE102009050402A1 (de) * 2009-10-22 2011-05-05 Psw-Energiesysteme Gmbh Energieaufbereitungs und -Speichersystem für Windenergieanlagen und Kraft-Wärmekopplungsanlagen
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