DE202008017499U1 - Mains-independent electrical energy storage unit - Google Patents

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Abstract

Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit, mit:
mindestens drei Batterieeinheiten (I, II, III), die jeweils mehrere parallel geschaltete Li-Ionen-Zellen aufweisen;
einer Versorgungsschaltung zum Versorgen eines Verbrauchers (7) mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten (I, II, III);
einer Hilfsversorgungsschaltung zum Unterstützen der Versorgung des Verbrauchers (7) mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten (I, II, III);
einer Ladeschaltung zum Laden von mindestens einer der Batterieeinheiten durch einen externen Ladestrom (8); und
einer Steuerung (6) zum Verbinden und Abtrennen von jeweiligen Batterieeinheiten (I, II, III) mit/von der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung oder der Ladeschaltung.Mains-independent electrical energy storage unit, with:
at least three battery units (I, II, III), each having a plurality of parallel-connected Li-ion cells;
a supply circuit for supplying a load (7) with electrical energy from at least one of the battery units (I, II, III);
an auxiliary supply circuit for assisting the supply of the load (7) with electrical energy from at least one of the battery units (I, II, III);
a charging circuit for charging at least one of the battery units by an external charging current (8); and
a controller (6) for connecting and disconnecting respective battery units (I, II, III) to / from the supply circuit, the auxiliary supply circuit or the charging circuit.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere eine netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien.The The present invention relates to an off-grid electrical energy storage unit, in particular a network independent electrical energy storage unit based on lithium-ion batteries.

Sowohl im Stationär-Bereich als auch im portablen Sektor, wie etwa bei einer mobilen Verwendung von Handwerkmaschinen, sind netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheiten bzw. Versorgungseinheiten, wie beispielsweise netzunabhängige Notstromaggregate, bekannt.Either in the stationary area as well as in the portable sector, such as mobile use of craft machines, are off-grid electrical energy storage units or supply units, such as off-grid emergency generators, known.

Ebenso ist ein Verwenden von Batterien und/oder Sekundärzellen bei netzunabhängigen Anwendungen weit verbreitet.As well is a use of batteries and / or secondary cells in off-grid applications widespread.

Jedoch kann bei einer solchen Anwendung ein bedarfsgerechtes zur Verfügung stehen von benötigter Energie, zum Beispiel aufgrund von Unterbrechungen zum Laden bzw. Betanken der Energiespeichereinheiten bzw. Versorgungseinheiten, nicht immer gewährleistet sein.however can be available on demand in such an application of required energy, for example due to interruptions to charging or refueling the energy storage units or supply units, not always guaranteed be.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit, insbesondere eine netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien, bereitzustellen.Of the The present invention is based on the object, an improved grid electrical energy storage unit, in particular a mains-independent electrical Energy storage unit based on lithium-ion batteries to provide.

Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Patentanspruch 1 definierte netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.These Task is by a claim 1 defined off-grid solved electrical energy storage unit. Preferred embodiments and further developments are defined in the subclaims.

Die erfindungsgemäße netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit umfasst mindestens drei Batterieeinheiten, die jeweils mehrere parallel geschaltete Li-Ionen-Zellen aufweisen, eine Versorgungsschaltung zum Versorgen eines Verbrauchers mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten, eine Hilfsversorgungsschaltung zum Unterstützen der Versorgung eines Verbrauchers mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten, eine Ladeschaltung zum Laden von mindestens einer der Batterieeinheiten durch einen externen Ladestrom und eine Steuerung zum Verbinden und Abtrennen von jeweiligen Batterieeinheiten mit/von der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung oder der Ladeschaltung.The inventive grid-independent electrical Energy storage unit comprises at least three battery units, each having a plurality of parallel-connected Li-ion cells, a supply circuit for supplying a consumer with electrical Energy from at least one of the battery units, an auxiliary supply circuit to support supplying a consumer with electrical energy from at least one of the battery units, a charging circuit for charging at least one of the battery units by an external charging current and a Control for connecting and disconnecting respective battery units to / from the supply circuit, the auxiliary supply circuit or the charging circuit.

Durch einen entsprechenden Betrieb der Steuerung können die aus parallel verschalteten Sekundärzellen bestehenden Batterieeinheiten gleichzeitig auf Versorgung eines (oder mehreren) Verbrauchers, Reserve (Hilfsversorgung des Verbrauchers) oder Aufladen geschaltet werden.By a corresponding operation of the control can be switched off in parallel secondary cells existing battery units at the same time to supply a (or more) consumer, reserve (consumer supply) or charging.

Weiterhin kann in der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung und der Ladeschaltung ein Umrichter vorgesehen sein, um die gewünschte Energieausgabe bzw. Ladeeinspeisung entsprechend anzupassen.Farther can in the supply circuit, the auxiliary supply circuit and the charging circuit may be provided with an inverter to the desired energy output or charge supply accordingly.

Ebenso stimmen die Nennspannung der Energiespeichereinheit und die Nennspannung der verwendeten Li-Ionen-Zellen im Wesentlichen überein.As well agree the rated voltage of the energy storage unit and the rated voltage the Li-ion cells used substantially match.

Aufgrund der Parallelschaltung von einzelnen Sekundärzellen, die im Wesentlichen die gleiche Nennspannung aufweisen, weist die Energiespeichereinheit ebenso diese Nennspannung auf. Dadurch können aufwendige Überwachungseinrichtungen eingespart werden.by virtue of the parallel connection of individual secondary cells, which are essentially have the same rated voltage, the energy storage unit also this nominal voltage. This allows elaborate monitoring devices be saved.

Jede der mindestens drei Batterieeinheiten kann aus 4–20 parallel geschalteten Li-Ionen-Zellen aufgebaut sein, wobei jede der Li-Ionen-Zellen, die parallel geschaltet jeweils eine Batterieeinheit bilden, eine Nominalkapazität von 6–500 Ah aufweist.each the at least three battery units can consist of 4-20 parallel Li-ion cells be constructed, with each of the Li-ion cells connected in parallel each form a battery unit, a nominal capacity of 6-500 Ah having.

Weiterhin können die verwendeten Li-Ionen-Zellen als elektrochemisch aktive Kathodenschicht Liinterkalierbare Schwermetalloxide und/oder LiFe- oder LiV phosphate und als elektrochemisch aktives Anodenmaterial Liinterkalierbaren synthetischen oder natürlichen Graphit enthalten.Farther can the Li-ion cells used as the electrochemically active cathode layer Liintercalatable heavy metal oxides and / or LiFe or LiV phosphates and Li intercalatable as an electrochemically active anode material synthetic or natural Contain graphite.

Als Separator zwischen Kathode und Anode können in den verwendeten Li-Ionen-Zellen poröse Polyolefin-, Polyfluor- oder keramische Schichten verwendet werden.When Separator between cathode and anode can be used in the Li-ion cells porous Polyolefin, Polyfluoro- or ceramic layers are used.

Weiterhin gilt, dass die mit dem Verbraucher verbundene/n Batterieeinheit/en von dem Verbraucher galvanisch entkoppelt ist/sind.Furthermore, the battery unit (s) connected to the consumer (s) is the consumer's is galvanically decoupled / are.

Dadurch können eventuell auftretende Störgrößen minimiert werden.Thereby can possibly occurring disturbances are minimized become.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf die anhängende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.following The present invention will be described with reference to the attached drawings based on a preferred embodiment described.

1 zeigt ein Schaltschema der erfindungsgemäßen netzunabhängigen elektrischen Energiespeichereinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel. 1 shows a circuit diagram of the network-independent electrical energy storage unit according to the invention according to the embodiment.

Das Ausführungsbeispiel zeigt spezielle Lithum-Ionen-Batterien, die entsprechend dem in 1 gezeigten Schema aufgebaut sind und als netzunabhängige Energiespeichereinheit genutzt werden.The embodiment shows special lithium-ion batteries, which correspond to the in 1 Scheme shown are constructed and used as a grid-independent energy storage unit.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel enthält die Energiespeichereinheit die Batterieeinheiten I, II und III, die aus miteinander parallel geschalteten Lithium-Batterien bzw. Lithium-Zellen aufgebaut sind.According to the embodiment, the energy storage unit includes the battery units I . II and III , which are composed of parallel lithium batteries or lithium cells.

Weiterhin ist eine Versorgungsschaltung anhand einer durchgezogenen Linie dargestellt, die über einen Schalter 1 die Batterieeinheit I mit einem Verbraucher 7 verbindet.Furthermore, a supply circuit is shown by a solid line, which via a switch 1 the battery unit I with a consumer 7 combines.

In 1 gilt, dass die Schalterstellung der Schalter 1, 2 und 3a eine Verbindung zu der Batterieeinheit I, b eine Verbindung zu der Batterieeinheit II und c eine Verbindung zu der Batterieeinheit III herstellen bzw. unterbrechen.In 1 holds that the switch position of the switches 1 . 2 and 3a a connection to the battery unit I , b a connection to the battery unit II and c a connection to the battery unit III make or break.

Es sei Angemerkt, dass das Ausführungsbeispiel drei Batteriespeicher I–III umfasst, die Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist. So können auch jeweils mehrere Batterieeinheiten mit der Versorgungsleitung, der Hilfsversorgungsschaltung und/oder der Ladeschaltung verbunden sein.It should be noted that the embodiment has three battery storage I - III includes, but the invention is not limited thereto. Thus, in each case a plurality of battery units can be connected to the supply line, the auxiliary supply circuit and / or the charging circuit.

In dem Ausführungsbeispiel sind die Schalter 1, 2 und 3 Kontaktschalter mit den jeweiligen Schaltebenen a, b und c. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Kontaktschalter beschränkt, sondern es können jegliche Steuerungs- bzw. Schaltelemente verwendet werden, die dazu geeignet sind, Batterieeinheiten mit der Versorgungsleitung, der Hilfsversorgungsschaltung und/oder der Ladeschaltung zu verschalten.In the embodiment, the switches 1 . 2 and 3 Contact switch with the respective switching levels a, b and c. However, the invention is not limited to contact switches, but any control or switching elements are suitable, which are suitable to interconnect battery units with the supply line, the auxiliary supply circuit and / or the charging circuit.

Weiterhin ist in 1 eine Hilfsversorgungsschaltung anhand einer gestrichelten Linie und eine Ladeschaltung anhand einer gepunkteten Linie dargestellt.Furthermore, in 1 an auxiliary supply circuit shown by a dashed line and a charging circuit with a dotted line.

An der Versorgungsschaltung ist ein Verbraucher 7 angeschlossen, der – je nach Schalterstellungen – von einer oder mehreren der Batterieeinheiten mit elektrischer Energie versorgt werden kann.At the supply circuit is a consumer 7 connected, which - depending on the switch positions - can be supplied by one or more of the battery units with electrical energy.

Weiterhin kann der Verbraucher 7 ebenso über die Hilfsversorgungsschaltung versorgt werden, beispielsweise wenn der Schalter 4 geschlossen ist, d. h. sich auf der Position d befindet.Furthermore, the consumer can 7 are also supplied via the auxiliary supply circuit, for example when the switch 4 is closed, that is, is at the position d.

Eine oder mehrere Batterieeinheiten, die über die entsprechenden Schalterstellungen mit der Ladeschaltung verbunden sind, können über eine an der Ladeschaltung angeschlossene Ladeeinrichtung 8 mit Energie versorgt werden, um aufgeladen zu werden.One or more battery units, which are connected via the corresponding switch positions with the charging circuit, can be connected via a charging device connected to the charging circuit 8th be energized to be charged.

Durch einen Schaltrhythmus der Steuerung 6, die die Schalter 1, 2, 3 und 4 umfasst, kann über die Kontaktschalter 1, 2, 3 eine Entladung, ein Aufladen sowie eine Reserve ab- und/oder zugeschaltet werden.By a switching rhythm of the controller 6 that the switches 1 . 2 . 3 and 4 includes, can via the contact switch 1 . 2 . 3 a discharge, a charge and a reserve off and / or switched on.

Ebenso sind in dem in 1 gezeigten Schema entsprechend ausgelegte Umrichter 5 vorgeschaltet, z. B. zwischen I und 1a, II und 2b und III und 3c.Likewise, in the in 1 shown scheme appropriately designed inverter 5 upstream, z. B. between I and 1a . II and 2 B and III and 3c ,

Das Schema zeigt die Batterie-Einheiten I, II, III, das sind Lithium-Ionen-Batterien, basierend auf z. B. je 4 Li-Ionen-Zellen (60 Ah, 3,6 V) die in Parallelschaltung zu I, II und III gekoppelt wurden und parallel zum Laden, Verbrauch und Reserve beladen werden.The diagram shows the battery units I . II . III , these are lithium-ion batteries, based on z. B. each 4 Li-ion cells (60 Ah, 3.6 V) in parallel with I . II and III coupled and loaded parallel to the loading, consumption and reserve.

Jede Batterieeinheit I, II und III kann aus mindestens 4 Lithium-Ionen-Zellen (LiC) bestehen, die in Parallelschaltung die Batterieeinheit I, II bzw. III bilden.Each battery unit I . II and III can consist of at least 4 lithium-ion cells (LiC), which in parallel connect the battery unit I . II respectively. III form.

Als LiC kommen in Frage z. B. 6 Ah HP, 7,5 Ah UHP, 9 Ah HP, 10 Ah He, 20 Ah HP, 27 Ah HP, 33 Ah HP, 45 Ah HP, 60 Ah HP, 6 Ah HE, 485 Ah HE (der Firma GAIA Akkumulatorenwerke GmbH, Nordhausen) oder ähnliche Li-Ionen-Zellen anderer Firmen. HP = High Power, HE = High Energy, UHP = Ultra High Power. Die oben angeführten Zellen werden jeweils parallel geschaltet, vorzugsweise in Mengen von 4–10 LiC und bilden dann die Batterieeinheit I, II und III.As LiC come into question z. 6 Ah HP, 7.5 Ah UHP, 9 Ah HP, 10 Ah He, 20 Ah HP, 27 Ah HP, 33 Ah HP, 45 Ah HP, 60 Ah HP, 6 Ah HE, 485 Ah HE (the company GAIA Akkumulatorenwerke GmbH, Nordhausen) or similar Li-ion cells of other companies. HP = High Power, HE = High Energy, UHP = Ultra High Power. The above-mentioned cells are each connected in parallel, preferably in amounts of 4-10 LiC and then form the battery unit I . II and III ,

Das Laden der Batterieeinheiten, die über die Ladeschaltung mit einer Ladevorrichtung verbunden sind, erfolgt vorzugsweise mit alternativen Energiegewinnungsanlagen (basierend auf Solar- Wind und/oder Wasserkraft).The Charging the battery units, via the charging circuit with a Loading device are connected, preferably with alternative Energy production plants (based on solar wind and / or hydropower).

Durch die konsequente Parallelschaltung aller verwendeten Lithium-Ionen-Zellen (LiC) in den Batterieeinheiten I, II und III kann der Nachteil von Überladungen und auch die Möglichkeit von Kurzschlussströmen in den Einzelzellen (LiC) minimiert werden. Die Nennspannung der jeweiligen Baterieeinheit I, II und III ist mit der Nennspannung der jeweils verwendeten Einzelzelle (LiC) identisch.Through the consistent parallel connection of all lithium-ion cells (LiC) used in the battery units I . II and III The disadvantage of overcharging and also the possibility of short circuit currents in the single cells (LiC) can be minimized. The nominal voltage of the respective battery unit I . II and III is identical to the rated voltage of the individual cell (LiC) used.

Die Einzelzellen sind Lithium-Ionen-Zellen (LiC), bei denen die Kathode aus der elektrochemisch aktiven Kathodenschicht basierend auf LiCo-Oxid, LiNi-Oxid, LiFephosphat, LiVphosphat, LiMnOxid, LiMoOxid, LiCrOxid (oder Gemischen hiervon) besteht. Kathodenableiter ist eine Al-Folie. Die elektrochemisch aktive Anodenschicht (auf der Cu-Folie als Anodenableiter besteht aus Li interkalierbarem natürlichem oder synthetischem Graphit.The Single cells are lithium-ion cells (LiC) in which the cathode from the electrochemically active cathode layer based on LiCo oxide, LiNi oxide, LiFe phosphate, LiV phosphate, LiMnOxide, LiMoOxide, LiCrOxide (or mixtures thereof). Cathode conductor is an Al foil. The electrochemically active anode layer (on the Cu foil as Anodenableiter is made of Li intercalatable natural or synthetic Graphite.

Der Separator ist zwischen Anode und Kathode als poröse Trennschicht angebracht und besteht aus Polyolefinen, Polyflurpolymeren oder Polymergelen auf keramischer Basis. Die für die Batterieeinheiten verwendeten Einzelzellen (LiC) liegen von wenigen Ah Kapazität bis zu ca. 500 Ah, mit spezifischen Energien z. B. von 64 Wh/kg bis zu 150 Wh/kg.Of the Separator is mounted between the anode and cathode as a porous separating layer and consists of polyolefins, polyfluropolymers or polymer gels on a ceramic basis. The for the battery units used single cells (LiC) are of a few Ah capacity up to about 500 Ah, with specific energies z. From 64 Wh / kg up to 150 Wh / kg.

Bei entsprechenden Leistungsdaten (vgl. nachstehende Tabelle 1) sind Anwendungen für einen Antrieb von Automobilen und anderen oder ähnlichen mobilen Systemen möglich.at corresponding performance data (see Table 1 below) Applications for a drive of automobiles and other or similar mobile systems possible.

Die nachstehende Tabelle 1 zeigt eine Übersicht von in einer Batteriespeichereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzten Li-Ionen-Zellen.The Table 1 below shows an overview of in a battery storage unit according to the present Invention used Li-ion cells.

Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die in Tabelle 1 aufgelisteten Li-Ionen-Zellen beschränkt ist. Die in Tabelle 1 gezeigten Typen haben lediglich einen exemplarischen Charakter. Tabelle 1: Übersicht von Li-Ionen-Zellen, die im Parallelverbund in den Batteriespeichereinheiten I, II und III eingesetzt werden* Typ Kathode Volt V nominal Kapazität Ah Zyklen** Spez. Energie Wh/kg 6 Ah – HP LiFePo4 3,2 6 > 500 > 2000*** 64 7,5 Ah – VHP LiNiCoOxid 3,6 7 400 1000*** 84 (9370 W/kg) 9 Ah – HP LiNCoOxid 3,6 9 > 600 90 10 Ah – HE LiNiCoOxid 3,6 10 400 1000*** 118 20 Ah – HP LiFePO4 3,2 20 > 500 > 2000*** 69 27 Ah – HP LiNiCoOxid 3,6 27 400 1000*** 99 33 Ah – HP LiFePO4 3,2 33 > 500 > 2000*** 73 45 Ah – HP LiNiCoOxid 3,6 45 400 1000*** 105 60 Ah – HE LiNiCoOxid 3,6 60 400 1000*** 144 485 Ah – HE LiNiCoOxid 3,6 485 400 1000*** 134****

  • * Die Li-Ionen-Zellen Übersicht ist eine zufällige Auswahl verschiedener Zell-Typen, die für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet sind
  • ** Die Zyklen werden bei 20°C und 100% DOD, bis 80% Nominalkapazität gemessen. DOD = DEPTH OF DISCHARGE
  • *** Die Zyklenbestimmung erfolgt bei 0,2 C Entladung und 60% Nominalkapazität
  • **** Die Bestimmung der Spez. Energie Wh/kg erfolgt hier bei 0,1 C in allen übrigen Fällen bei 0,2 C.
  • C ist die C Rate, ein pro Zeiteinheit fließender (Lade- oder Entlade) Strom.
It should be noted that the invention is not limited to the Li-ion cells listed in Table 1. The types shown in Table 1 are merely exemplary in nature. Table 1: Overview of Li-ion cells used in parallel connection in the battery storage units I, II and III * Type cathode Volts V nominal Capacity Ah cycles ** Specific energy Wh / kg 6 Ah - HP LiFePo 4 3.2 6 >500> 2000 *** 64 7.5 Ah - VHP LiNiCoOxid 3.6 7 400 1000 *** 84 (9370 W / kg) 9 Ah - HP LiNCoOxid 3.6 9 > 600 90 10 Ah - HE LiNiCoOxid 3.6 10 400 1000 *** 118 20 Ah - HP LiFePO 4 3.2 20 >500> 2000 *** 69 27 Ah - HP LiNiCoOxid 3.6 27 400 1000 *** 99 33 Ah - HP LiFePO 4 3.2 33 >500> 2000 *** 73 45 Ah - HP LiNiCoOxid 3.6 45 400 1000 *** 105 60 Ah - HE LiNiCoOxid 3.6 60 400 1000 *** 144 485 Ah - HE LiNiCoOxid 3.6 485 400 1000 *** 134 ****
  • * The Li-ion cell overview is a random selection of different cell types that are suitable for use in the invention
  • ** Cycles are measured at 20 ° C and 100% DOD, up to 80% nominal capacity. DOD = DEPTH OF DISCHARGE
  • *** The cycle is determined at 0.2 C discharge and 60% nominal capacity
  • **** The determination of the specific energy Wh / kg is carried out here at 0.1 C in all other cases at 0.2 C.
  • C is the C rate, a current (charge or discharge) current per unit of time.

Im Stationärbereich sind Puffer- und Speicheranlagen in Kombination mit Alternativenergie-Lieferanten ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung, wie z. B. auch netzunabhängige Notstromaggregate.in the stationary sector are buffer and storage systems in combination with alternative energy suppliers another application of the invention, such. As well as off-grid emergency generators.

Im portablen Sektor sind Antriebe für Geräte, Pumpen, Handwerk-Maschinen u. ä. ein weites Anwendungsgebiet.in the portable sector are drives for Equipment, Pumps, Crafts Machines & Co. ä. a wide field of application.

Für eine Versorgung mit elektrischer Energie von den Batterieeinheiten zum Verbraucher kann eine galvanische Entkoppelung vorgesehen sein, die beispielsweise durch vorgeschaltete elektronische Bauelemente erfolgen kann, so dass bedarfsgerecht verbraucherseitig Spannungsebene und auch Spannungsart verfügbar sind.For a supply with electrical energy from the battery units to the consumer can be provided a galvanic decoupling, for example can be done by upstream electronic components, so that on the consumer side voltage level as well as type of voltage are available on demand.

Die Batterieeinheit I, die mit 4 × 60 Ah Li-Innenzellen parallel geschaltet (3,6 V) ist, beispielsweise zum Betrieb einer Förderpumpe, z. B. Ama-Drainer 301, eine Tauchmotorpumpe der Firma KSB (50 Hz, 230 V ~, 7,5 KW) dienen.The battery unit I , which is connected in parallel with 4 × 60 Ah Li internal cells (3.6 V), for example, to operate a feed pump, z. B. Ama-Drainer 301, a submersible pump KSB (50 Hz, 230 V ~, 7.5 KW) are used.

Gleichzeitig kann die Batterieeinheit III, ebenfalls bestehend aus 4 × 60 Ah parallel geschalteten Li-Ionen-Zellen, mit einem Solargenerator aufgeladen werden. Die Batterieeinheit II, die ebenfalls 4 × 60 Ah parallel geschaltete Li-Ionen-Zellen besteht, dient als Reserve und kann nach Bedarf zur Verbraucherseite (Batterieeinheit I) zugeschaltet werden. Zum Betrieb der Förderpumpe dient ein Umrichter, der den für den Pumpenbetrieb erforderlichen Drehstrom (400 V) liefert.At the same time, the battery unit III , also consisting of 4 × 60 Ah parallel-connected Li-ion cells, are charged with a solar generator. The battery unit II , which also consists of 4 × 60 Ah parallel-connected Li-ion cells, serves as a reserve and can, if necessary, to the consumer side (battery unit I ) are switched on. The drive pump is operated by a converter which supplies the three-phase current (400 V) required for pump operation.

Wie oben beschrieben kann die erfindungsgemäße Anordnung analog zum Betrieb eines Fahrzeugs mit Elektromotor genutzt werden. Statt des Solargenerators lädt in diesem Fall ein fahrzeugübliches Ladegerät bzw. ein Generator die Batterieeinheit III auf.As described above, the arrangement according to the invention can be used analogously to the operation of a vehicle with an electric motor. Instead of the solar generator charges in this case, a vehicle-common charger or a generator, the battery unit III on.

Als Ladungseinheiten bzw. Ladevorrichtung 8 kommen Autoladegeräte, Windkraft und/oder Photovoltaic-Generatoren od. ä. in Frage. Möglich ist auch das Vorschalten eines Umrichters 5, so dass das Batteriesystem auch als Puffer und Speicher wirksam sein kann.As cargo units or loading device 8th come car chargers, wind power and / or photovoltaic generators od. Ä. In question. It is also possible to connect an inverter upstream 5 so that the battery system can also be effective as a buffer and storage.

Eine netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit umfasst mindestens drei Batterieeinheiten, die jeweils mehrere parallel geschaltete Li-Ionen-Zellen aufweisen, eine Versorgungsschaltung zum Versorgen eines Verbrauchers mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten, eine Hilfsversorgungsschaltung zum Unterstützen der Versorgung eines Verbrauchers mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten, eine Ladeschaltung zum Laden von mindestens einer der Batterieeinheiten durch einen externen Ladestrom und eine Steuerung zum Verbinden und Abtrennen von jeweiligen Batterieeinheiten mit/von der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung oder der Ladeschaltung.A grid electrical energy storage unit comprises at least three battery units, the each have a plurality of parallel-connected Li-ion cells, a supply circuit for supplying a consumer with electrical Energy from at least one of the battery units, an auxiliary supply circuit to support supplying a consumer with electrical energy from at least one of the battery units, a charging circuit for charging at least one of the battery units by an external charging current and a Control for connecting and disconnecting respective battery units to / from the supply circuit, the auxiliary supply circuit or the charging circuit.

Claims (9)

Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit, mit: mindestens drei Batterieeinheiten (I, II, III), die jeweils mehrere parallel geschaltete Li-Ionen-Zellen aufweisen; einer Versorgungsschaltung zum Versorgen eines Verbrauchers (7) mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten (I, II, III); einer Hilfsversorgungsschaltung zum Unterstützen der Versorgung des Verbrauchers (7) mit elektrischer Energie aus mindestens einer der Batterieeinheiten (I, II, III); einer Ladeschaltung zum Laden von mindestens einer der Batterieeinheiten durch einen externen Ladestrom (8); und einer Steuerung (6) zum Verbinden und Abtrennen von jeweiligen Batterieeinheiten (I, II, III) mit/von der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung oder der Ladeschaltung.Mains-independent electrical energy storage unit, comprising: at least three battery units ( I . II . III ), each having a plurality of parallel-connected Li-ion cells; a supply circuit for supplying a consumer ( 7 ) with electrical energy from at least one of the battery units ( I . II . III ); an auxiliary supply circuit for supporting the supply of the consumer ( 7 ) with electrical energy from at least one of the battery units ( I . II . III ); a charging circuit for charging at least one of the battery units by an external charging current ( 8th ); and a controller ( 6 ) for connecting and disconnecting respective battery units ( I . II . III ) with / from the supply circuit, the auxiliary supply circuit or the charging circuit. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1, wobei in der Versorgungsschaltung, der Hilfsversorgungsschaltung und der Ladeschaltung ein Umrichter (5) vorgesehen ist.A non-volatile electrical energy storage unit according to claim 1, wherein in the supply circuit, the auxiliary supply circuit and the charging circuit, an inverter ( 5 ) is provided. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Nennspannung der Energiespeichereinheit und die Nennspannung der Li-Ionen-Zellen im Wesentlichen übereinstimmen.Battery powered electrical energy storage unit according to claim 1 or 2, wherein the rated voltage of the energy storage unit and the rated voltage the Li-ion cells essentially match. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei jede der mindestens drei Batterieeinheiten (I, II, III) aus 4–20 parallel geschalteten Li-Ionen-Zellen aufgebaut ist.A mains-independent electrical energy storage unit according to claim 1 to 3, wherein each of the at least three battery units ( I . II . III ) is made up of 4-20 parallel Li-ion cells. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 4, wobei jede der Li-Ionen-Zellen, die parallel geschaltet jeweils eine Batterieeinheit (I, II, III) bilden, eine Nominalkapazität von 6–500 Ah aufweist.An off-grid electric energy storage unit according to claim 4, wherein each of the Li-ion cells connected in parallel with one battery unit each ( I . II . III ), has a nominal capacity of 6-500 Ah. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 bis 5, wobei die verwendeten Li-Ionen-Zellen als elektrochemisch aktive Kathodenschicht Liinterkalierbare Schwermetalloxide und/oder LiFe- oder LiV phosphate enthalten.Battery powered electrical energy storage unit according to claim 1 to 5, wherein the used Li-ion cells as electrochemically active cathode layer Liinterkalierbare heavy metal oxides and / or LiFe or LiV phosphate. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 bis 6, wobei die verwendeten Li-Ionen-Zellen als elektrochemisch aktives Anodenmaterial Liinterkalierbaren synthetischen oder natürlichen Graphit enthalten.Battery powered electrical energy storage unit according to claim 1 to 6, wherein the used Li-ion cells as an electrochemically active anode material Liinterkalierbaren synthetic or natural graphite contain. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 bis 7, wobei als Separator zwischen Kathode und Anode in den verwendeten Li-Ionen-Zellen poröse Polyolefin-, Polyfluor- oder keramische Schichten verwendet werden.Battery powered electrical energy storage unit according to claim 1 to 7, wherein as Separator between cathode and anode in the used Li-ion cells porous polyolefin, Polyfluoro- or ceramic layers are used. Netzunabhängige elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 1 bis 8, wobei die mit dem Verbraucher (7) verbundene/n Batterieeinheit/en (I, II, III) von dem Verbraucher (7) galvanisch entkoppelt ist/sind.Grid-independent electrical energy storage unit according to claim 1 to 8, wherein the with the consumer ( 7 ) connected battery unit (s) ( I . II . III ) by the consumer ( 7 ) is galvanically decoupled / are.
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