DE202009017862U1 - Energy storage circulatory system using lithium-ion cells - Google Patents

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Abstract

Energiespeicher-Kreislaufsystem unter Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen, wobei die verwendeten Li-Ionen-Zellen bevorzugt zu Batterien parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Strom aus Energieerzeugungsanlagen (I; II) in Ladestationen zur Ladung der Lithium-Ionen-Zellen (V) verwendet wird, die in den Ladestationen (IV) oder in Depotstationen aufbewahrt, bei Bedarf entnehmbar und zum Betrieb von Transporteinheiten verwendbar sind und nach Entladung an derselben oder einer anderen Lade- oder Depot-Stationen gegen geladene Lithium-Ionen-Zellen austauschbar sind, wobei die Ladestationen und/oder die Depotstationen flächendeckend angeordnet sind, sodass ein Austausch der Lithium-Ionen-Zellen (V) vor ihrer vollständigen Entladung stattfinden kann, wobei die Energieerzeugungsanlagen dezentrale Energieerzeugungsanlagen, bevorzugt Solarenergieanlagen (I) und/oder Windenergieanlagen (II), sind.Energy storage circulatory system using lithium-ion cells, wherein the Li-ion cells used are preferably connected in parallel to batteries, characterized in that electricity from power plants (I; II) in charging stations for charging the lithium-ion cells ( V) stored in the charging stations (IV) or in depot stations, removable as needed and usable for the operation of transport units, and exchangeable with charged lithium-ion cells after discharge at the same or another loading or depot station , wherein the charging stations and / or the depot stations are arranged area-wide, so that an exchange of lithium-ion cells (V) can take place before their complete discharge, the power generation plants decentralized power generation plants, preferably solar energy systems (I) and / or wind turbines (II) , are.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeicher-, Ladungs- und Nutzungssystem auf Basis von Sekundär-Lithium-Ionen-Zellen.The The present invention relates to an energy storage, charge and Usage system based on secondary lithium-ion cells.

Heutzutage werden Sekundär-Zellen weithin auch für Netzunabhängige Anwendungen eingesetzt. Durch die vorliegende Erfindung wird jedoch erstmalig ein geschlossenes Nutzungs-Kreislaufsystem für Sekundär-Lithium-Ionen-Zellen vorgeschlagen, das die Ladung, die Auslieferung (z. B. aus einem Depot), den Einbau für die Verwendung sowie den Ausbau der Sekundär-Lithium-Ionen-Zellen nach ihrer Verwendung in Transporteinrichtungen bzw. Fahrzeugen umfasst.nowadays Secondary cells are also widely used by non-network users Applications used. However, by the present invention for the first time a closed circulation system for Secondary lithium-ion cells suggested that the charge, the delivery (eg from a depot), the installation for the use and expansion of secondary lithium-ion cells after their use in transport facilities or vehicles includes.

In einem erfindungsgemäßen Energiespeicher-Kreislauf(EKL)-system (vgl. 1) werden über Anlagen zur dezentralen Energieerzeugung, z. B. Solarenergieanlagen (I) und/oder Windenergieanlagen II, über einen Laderegler (III) standardisierte Lithium-Ionen-Zellen (Batterien) geladen, geprüft (V) und in Transporteinheiten eingebaut (Batterieaustausch), dort zum Antrieb verwendet und dabei entladen. Nach Verbrauch der gespeicherten Energie kehrt das Transportfahrzeug an eine in seiner Reichweite liegende Energiespeicher-Kreislauf-(EKL-)Station (2). Der Energiespeicher (Li-Ionen-Zelle) (leer/entladen) wird gegen einen neuen (voll/geladen) und geprüften Energiespeicher ausgetauscht und das Fahrzeug kann wieder in dem flächendeckenden EKL-Netz seiner Reichweite entsprechend (z. B. 300–700 km) fahren.In an energy storage circuit (EKL) system according to the invention (cf. 1 ) are distributed via decentralized power generation plants, such B. Solar energy systems ( I ) and / or wind turbines II , via a charge controller ( III ) standardized lithium-ion cells (batteries) charged, tested ( V ) and in transport units installed (battery replacement), used there to drive and discharged it. After consumption of the stored energy, the transport vehicle returns to an energy storage cycle (EKL) station within its reach ( 2 ). The energy storage device (Li-ion cell) (empty / discharged) is replaced by a new (fully charged) and tested energy storage and the vehicle can be used again in the full coverage EKL network according to its range (eg 300-700 km ) drive.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Verfügung zu stellen, das vollständig bzw. weitgehend unabhängig von dem bisher üblichen Versorgungssystemen mit flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen als Energiebasis für geeignete Antriebssysteme von Transporteinheiten bzw. Fahrzeugen dienen kann.Of the The present invention is based on the object, a system for To provide that completely or largely independent of the usual supply systems with liquid or gaseous hydrocarbons as an energy basis for suitable drive systems of transport units or vehicles can serve.

Die 1 und 2 illustrieren den Erfindungsgedanken. Die Aufgabe der Erfindung wird durch das in Anspruch 1 definierte System gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sie auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.The 1 and 2 illustrate the concept of the invention. The object of the invention is achieved by the system defined in claim 1. The dependent claims relate to preferred embodiments of the invention.

Das erfindungsgemäße Energiespeicher-Kreislauf(EKL)-system ist ein System, bei dem Lithium-Ionen-Zellen als Energielieferanten die Funktion der üblichen flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffe in konventionellen Transportsystemen bzw. Transporteinrichtungen, wie z. B. Personenkraftwagen (PKW), Bussen und Lastkraftwagen (LKW) und anderen Fahrzeugen übernehmen.The Energy storage circuit (EKL) system according to the invention is a system that uses lithium-ion cells as energy sources the function of the usual liquid or gaseous Hydrocarbons in conventional transport systems or transport facilities, such as B. Passenger cars (cars), buses and trucks (trucks) and other vehicles.

Die in dem erfindungsgemäßen System verwendeten Li-Ionen-Zellen sind bevorzugt standardisierte HE-(High Energy-) oder HP-(High Power-)Zellen. Auch UHP-(Ultra High Power)Zellen wie z. B. UHP 341450 (GAIA, Akkumulatorenwerke, Nordhausen) sind als Basis geeignet.The Li-ion cells used in the system according to the invention are preferably standardized HE (High Energy) or HP (High Power) cells. Also UHP (Ultra High Power) cells such. B. UHP 341450 (GAIA, Akkumulatorenwerke, Nordhausen) are suitable as a basis.

Wie z. B. in „Laderegler für Solar- und Windanlagen”, S. 596–598 (Conrad Verkaufskatalog 2006) beschrieben, stehen als Antriebs- und Startersysteme 12 V, 24 V oder auch 42 V Batterien zur Verfügung. Hierbei werden Einzelzellen zu Batterien vorzugsweise durch Parallelschaltung zu den HP bzw. HE Systemen mit 25 Ah bis zu 60 Ah geschaltet. Bei der Zelle GAIA 1702100 wird z. B. bis zu 485 Ah in der Einzelzelle gespeichert. Werden derartige Zellen zu Batterien mit zwei oder mehreren Einzelzellen geschaltet, sind wesentlich höhere Energie- bzw. Leistungsdichten erreichbar. Für die Standardisierung (und speziell für den Einsatz im Fahrzeug- bzw. Automobilsektor) werden die Batterien mittels eines BMS (Batteriemanagementsystem) an die Verwendung in Motorfahrzeugen adaptiert.Such as In "Charge Controller for Solar and Wind Turbines", p. 596-598 (Conrad sales catalog 2006) are described as drive and starter systems 12 V, 24 V or 42 V batteries available. In this case, single cells are preferably connected to batteries by parallel connection to the HP or HE systems with 25 Ah up to 60 Ah. In the cell GAIA 1702100 z. B. stored up to 485 Ah in the single cell. If such cells are switched to batteries with two or more individual cells, much higher energy and power densities can be achieved. For standardization (and especially for use in the automotive sector), the batteries are adapted for use in motor vehicles by means of a BMS (battery management system).

BMS:

  • a) Kommunikation mit der Auto Elektronik (via CAN-BUS)
  • b) Sicherheitsabschaltung
  • c) Kontrolle der Ladung (über/unter)
  • d) Kontrollmessung von Temperatur, Strom und Spannung
  • e) Balancierung der Einzelzellen im Batteriesystem
  • f) Voraussage über den Ladungszustand (vgl. c)
BMS:
  • a) Communication with the car electronics (via CAN-BUS)
  • b) safety shutdown
  • c) Checking the load (above / below)
  • d) Control measurement of temperature, current and voltage
  • e) Balancing of the individual cells in the battery system
  • f) prediction of the state of charge (c)

In LTC Lithium Technology Firmenpräsentation März 2007, werden für den Bereich Fahrzeugtechnik u. a. 14S 50 V/6A h, 50 S1P 180 V/45A h; 10S 36 V/7,5 Ah; 80S 1P 288 V/7,5 Ah oder OFRO 25 V/60 Ah Li-Ionen-Zellen beschrieben. Geeignete Ladregler sind aus „Laderegler für Solar- und Windanlagen” (Conrad Verkaufskatalog 2006; S. 596–598) bekannt.In LTC Lithium Technology company presentation March 2007, for the area of automotive engineering 14S 50 V / 6A h, 50 S1P 180 V / 45A h; 10S 36V / 7.5Ah; 80S 1P 288 V / 7.5 Ah or OFRO 25 V / 60 Ah Li-ion cells. Suitable charge controllers are off "Charge Controller for Solar and Wind Turbines" (Conrad Sales Catalog 2006, pp. 596-598) known.

Geeignete Zellen (Batterien), die als Starter-Batterien oder als Energieträger für Fahrzeuge in Frage kommen, werden z. B. in „ Internat. Seminar und Exhibit on primary and secondary Batteries, March 11–14,2002, Boca Raton, Flo. USA edit. M. Schweizer-Berberich et al. P 5/8 bis 8/8 und Advanced Lithium Ion Batteries, LTC Lithium Technology Corporation ” beschrieben.Suitable cells (batteries) that come as starter batteries or energy sources for vehicles in question, z. In " Internat. Seminar and Exhibit on Primary and Secondary Batteries, March 11-14,2002, Boca Raton, Flo. USA edit. M. Swiss Berberich et al. P 5/8 to 8/8 and Advanced Lithium Ion Batteries, LTC Lithium Technology Corporation "Described.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Energiespeicher-Kreislaufsystem unter Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen zur Verfügung, in dem Strom aus Energieerzeugungsanlagen (I; II) in Ladestationen zur Ladung der Lithium-Ionen-Zellen (V) verwendet wird, die in den Ladestationen (IV) oder in Depotstationen aufbewahrt, bei Bedarf entnommen und zum Betrieb von Transporteinheiten verwendet und nach Entladung an derselben oder einer anderen Lade- oder Depot-Station wieder gegen geladene Lithium-Ionen-Zellen ausgetauscht werden. Die Ladestationen und die Depotstationen können miteinander identisch, benachbart oder räumlich voneinander getrennt sein, wobei im letzteren Fall ein Transport der Energiespeicher zwischen der/den Ladestation(en) und der/den Depotstation(en) erfolgen kann.The present invention provides an energy storage cycle system using lithium-ion cells in which power from power plants ( I ; II ) in charging stations for charging the lithium-ion cells ( V ) used in the charging stations ( IV ) or stored in depot stations, removed as needed and used for the operation of transport units and replaced after discharge at the same or another charging or depot station against charged lithium-ion cells. The charging stations and the depot stations may be identical, adjacent or spatially separated from each other, in the latter case, a transport of energy storage between the / the charging station (s) and the / depot (s) can be done.

Die Energieerzeugungsanlagen sind dezentrale Energieerzeugungsanlagen, bevorzugt Solarenergieanlagen (I) und/oder Windenergieanlagen (II), wobei aber auch traditionelle bzw. konventionelle Energieerzeugungsanlagen verwendet werden können.The power generation plants are decentralized energy generation plants, preferably solar energy plants ( I ) and / or wind turbines ( II ), but traditional or conventional energy generation plants can also be used.

In dem erfindungsgemäßen Energiespeicher-Kreislaufsystem steht bevorzugt der Strom zum Laden der Lithium-Ionen-Zellen (V) über einen Laderegler (III) der Ladestation (IV) zur Verfügung. In dem erfindungsgemäßen Energiespeicher-Kreislaufsystem werden die Lithium-Ionen-Zellen bevorzugt geladen, geprüft und getestet werden bevor sie als Energiespeicher in eine Transporteinheit eingebaut werden.In the energy storage circulation system according to the invention, the current for charging the lithium-ion cells is preferably ( V ) via a charge controller ( III ) of the charging station ( IV ) to disposal. In the energy storage cycle system according to the invention, the lithium-ion cells are preferably charged, tested and tested before they are installed as energy storage in a transport unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeicher-Kreislaufsystems werden die entladenen Lithium-Ionen-Zellen dann in den Ladestationen (IV) erneut geladen und gewartet. Die Ladestationen und/oder die Depotstationen sind flächendeckend angeordnet, so dass ein Austausch der Lithium-Ionen-Zellen vor der vollständigen Entladung stattfinden kann, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Ladestationen und/oder den Depotstationen bevorzugt 300–700 km beträgt.In a preferred embodiment of the energy storage circuit system according to the invention, the discharged lithium-ion cells are then stored in the charging stations ( IV ) reloaded and maintained. The charging stations and / or the depot stations are arranged area-wide, so that an exchange of the lithium-ion cells can take place before the complete discharge, whereby the distance between the individual charging stations and / or the depot stations is preferably 300-700 km.

Die Spannung der Lithium-Ionen-Zellen beträgt bevorzugt 12, 24 oder 42 V und die Nominalkapazität 25 bis 500 Ah, bevorzugter 25 bis 60 Ah. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die verwendeten Li-Ionen-Zellen zu Batterien gebündelt. Die verwendeten Li-Ionen-Zellen enthalten als elektrochemisch aktives Kathodenmaterial bevorzugt Li-interkalierbare Schwermetalloxide oder besonderes bevorzugt Li-Fe- oder Li-V-phosphate und als elektrochemisch aktives Anodenmaterial Li-interkalierbarer synthetischer oder natürlicher Graphit verwendet wird. Als Separator zwischen Anode und Kathode wird in den Li-Ionen-Zellen bevorzugt eine Elektrolyt enthaltende, poröse Polyolefin-, Polyfluor- oder keramische Schicht mit einer Dicke von 10–40 μm, besonders bevorzugt mit 5–25 μm Dicke, verwendet.The Voltage of the lithium-ion cells is preferably 12, 24 or 42 V and the nominal capacity 25 to 500 Ah, more preferred 25 to 60 Ah. In a preferred embodiment The used Li-ion cells bundled into batteries. The Li-ion cells used contain as electrochemically active Cathode material preferably Li-intercalatable heavy metal oxides or more preferably Li-Fe or Li-V-phosphate and as electrochemical active anode material Li-intercalatable synthetic or natural Graphite is used. As separator between anode and cathode For example, in the Li-ion cells, an electrolyte-containing, porous polyolefin, polyfluorine or ceramic layer with a thickness of 10-40 microns, more preferably with 5-25 μm thickness, used.

In der 1 wird das Energiespeicher-Kreislaufsystem der Erfindung schematisch dargestellt. In diesem Beispiel erzeugen Solarzellen (I) und eine Windenergieanlage (II) Strom, der über den Laderegler (III) zum Laden von Lithiumzellen – die bevorzugt zu Batterien zusammengeschaltet sind – dienen. Das Bezugszeichen (III) bezeichnet einen Laderegler. Das Bezugszeichen (IV) bezeichnet eine Ladestation und/oder das Batteriedepot für das erfindungsgemäße Energiespeicher-Kreislaufsystem. Die in der Ladestation bzw. dem Batteriedepot (IV) geladenen bzw. deponierten Batterien, sind bevorzugt standardisierte Lithium-Ionen-Zellen. Das Bezugszeichen (V) stellt schematisch den Energieverbrauch bzw. den Ladezustand der Lithium-Ionen-Batterien dar. Das Bezugszeichen (Va) bedeutet, dass die Li-Ionen-Zellen-Batterien voll geladen sind und für den Einbau in Fahrzeuge zur Verfügung stehen. Bei Entladung auf das durch (Vb) bezeichnete Niveau, wird ein Anfahren an eine Ladestation bzw. Depotstation und ein Austausch der Li-Ionen-Batterie notwendig. Nach Ausbau der entladenen und Einbau einer neu geladenen Batterie (Batteriewechsel) kann der Betrieb des Fahrzeugs fortgesetzt werden.In the 1 the energy storage cycle system of the invention is shown schematically. In this example, solar cells ( I ) and a wind turbine ( II ) Electricity flowing through the charge controller ( III ) for charging lithium cells - which are preferably connected to batteries - serve. The reference number ( III ) denotes a charge controller. The reference number ( IV ) denotes a charging station and / or the battery depot for the energy storage circuit system according to the invention. The in the charging station or the battery depot ( IV ) charged or deposited batteries, are preferably standardized lithium-ion cells. The reference number ( V ) schematically illustrates the energy consumption or the state of charge of the lithium-ion batteries. Va ) means that the Li-ion cell batteries are fully charged and available for installation in vehicles. When unloading on the by ( Vb ) level, a startup to a charging station or depot station and replacement of the Li-ion battery is necessary. After removing the discharged and installing a newly charged battery (battery replacement), the operation of the vehicle can be continued.

Wie aus der 1 schematisch ersichtlich, liegt mit dem Energiespeicher-Kreislaufsystem ein in sich geschlossenes, völlig vom Stromleitungsnetz sowie von fossilen Treibstoffen weitgehend unabhängiges Versorgungssystem vor.Like from the 1 schematically apparent, with the energy storage cycle system is a self-contained, completely independent of the power line network and fossil fuels supply system before.

In der 1 sind als bevorzugte Beispiele für dezentrale Anlagen zur Stromerzeugung in dem erfindungsgemäßen System Solarzellen bzw. Windenergieanlagen angegeben. Jedoch können auch andere dezentrale Anlagen zur Stromerzeugung bzw. Kombinationen von verschiedenen Anlagen zur Stromerzeugung wie Wasser- und Gezeitenkraftwerke und – wenn es z. B. keine oder keine ausreichende Versorgung mit regenerativen Energiequellen gibt – herkömmliche Kraftwerke bzw. Blockheizkraft als Stromquellen dienen, wobei jedoch Anlagen zur Stromerzeugung, die regenerative Energiequellen verwenden, bevorzugt sind.In the 1 are given as preferred examples of decentralized systems for power generation in the system according to the invention solar cells or wind turbines. However, other decentralized power plants or combinations of different power plants such as tidal and tidal power plants and - if it is z. B. no or no sufficient supply of renewable energy sources are - conventional power plants or cogeneration serve as power sources, where however, in plants for power generation using regenerative energy sources, are preferred.

Die mit dem Bezugszeichen (I) angegebenen Solarzellen-(Photovoltaik-)Einheiten sind Beispiele, die als eine Anlage zur Energieerzeugung für eine der 1 entsprechende EKL-Einheit dienen können. Die Zahl der Solaranlagen (I) bzw. die Quadratmeterfläche der Photovoltaik-Einheiten liegt bevorzugt bei mindestens 100 m2 bis z. B. 10000 m2; eine Beschränkung der Solarmodul-Fläche oder eine Spezifizierung des Solarmoduls (amorph, polykristallin, Dünnschicht o. ä.) liegt nicht im Rahmen dieser Erfindung und wird auch nicht beansprucht.Denoted by the reference numeral ( I Solar cell (photovoltaic) units are examples that are used as a power generation facility for one of 1 can serve appropriate EKL unit. The number of solar systems ( I ) or the square meter area of the photovoltaic units is preferably at least 100 m 2 to z. B. 10,000 m 2 ; a limitation of the solar module surface or a specification of the solar module (amorphous, polycrystalline, thin film or the like) is not within the scope of this invention and is not claimed.

Die Zahl der als Beispiele genannten Windenergieanlagen (II) beträgt 1–20 vorzugsweise 1–7, mit Leistungen von 10 KW bis 1000 KW. Auch hier ist die Größe und Leistung der Windenergieanlage abhängig vom Bedarf der Ladestation bzw. des Depots (IV). Die Anlagen zur Stromerzeugung (I) und (II) speisen bevorzugt parallel den erzeugten Strom in die Ladestation (IV). Der bevorzugt zwischengeschaltete Laderegler (III) stellt sicher, dass mittels der jeweiligen Ladeschaltungen keine Störungen während des Ladevorganges ausgelöst werden können (Überspannungen, Überladungen, Phasenumkehr usw.). Durch den Ladevorgang werden die bereitgestellten Batterien und/oder Lithium-Ionen-Zellen gegebenenfalls unter Verwendung eines BMS Batteriemanagementsystem geladen. Anschließend (d. h. nach dem Laden) werden die Batterien geprüft.The number of examples of wind turbines ( II ) 1-20 is preferably 1-7, with powers from 10 KW to 1000 KW. Again, the size and performance of the wind turbine depends on the needs of the charging station or the depot ( IV ). Power generation plants ( I ) and ( II ) preferably feed parallel the generated power into the charging station ( IV ). The preferred intermediate charge controller ( III ) ensures that by means of the respective charging circuits no interference during the charging process can be triggered (overvoltages, overcharges, phase reversal, etc.). Through charging, the provided batteries and / or lithium-ion cells are optionally charged using a BMS battery management system. Afterwards (ie after charging) the batteries are checked.

Die Prüfung der geladenen Batterien (Zellen) entspricht ebenfalls den Sicherheitstests wie sie in „Lithium-Ion-Batteries” edit. by M. Wakihara, O. Yamamoto, Wiley-VCH, Weinheim (1998) p. 91–93 , beschrieben sind.The test of the charged batteries (cells) also complies with the safety tests as described in "Lithium Ion Batteries" edited by M. Wakihara, O. Yamamoto, Wiley-VCH, Weinheim (1998) p. 91-93 , are described.

Die geladene(n) Li-Ionen-Batterie(n) bzw. (Zelle(n)) wird (werden) (vgl. 1 (Va)) in das (die) Fahrzeug(e) bzw. Transporteinheit(en) eingebaut, diese haben dann entsprechend der Energie (Kapazität) der eingebauten Batterie (Zelle) eine Reichweite von 300–700 km bis zur nächsten EKL Station – wo der nächste Batterie(Zell)-Wechsel stattfindet.The charged Li-ion battery (s) or (cell (s)) is (are) (see. 1 ( Va )) in the vehicle (s) or transport unit (s) installed, this then have according to the energy (capacity) of the built-in battery (cell) a range of 300-700 km to the nearest EKL station - where the next Battery (cell) change takes place.

In der 2, wird eine Ansicht des erfindungsgemäßen EKL-Systems, wie es ausschnittsweise in 1 dargestellt ist, geographisch beispielhaft für das Gebiet der BR Deutschland dargestellt. Wie aus der 2 ersichtlich, sind die Stellen für den Austausch der Energiespeicher in flächendeckender bzw. die jeweilige Reichweite des Energiespeichers abdeckender Weise über das jeweilige (Staats-)Gebiet verteilt. Die 2 zeigt, dass mit den EKL-Stationen ein flächendeckendes Netz zum Batteriewechsel vorliegt und somit ein völlig mobiles System existiert, das es erlaubt unabhängig von üblichen fossilen Kraftstoffressourcen Transporteinheiten bzw. Fahrzeuge mit geeigneten Antriebsvorrichtungen über weite Strecken (bevorzugt 300–700 km) anzutreiben.In the 2 , A view of the EKL system according to the invention, as shown in detail in FIG 1 is shown geographically exemplified for the territory of the BR Germany. Like from the 2 can be seen, the points for the exchange of energy storage in area-covering or the respective range of the energy storage covering way distributed over the respective (state) area. The 2 shows that with the EKL stations a nationwide network for battery replacement is present and thus a fully mobile system exists, which allows independent of conventional fossil fuel resources transport units or vehicles with suitable drive devices over long distances (preferably 300-700 km) to drive.

Die in das Energie-Kreislaufsystem integrierten Lithium-Ionen-Zellen (Batterien) mit Nominalkapazitäten von 6–500 Ah können als elektrochemisch aktive Kathodenschicht Li-interkalierbare Schwermetalloxide und/oder LiFe- oder LiV-phosphate und als elektrochemisch aktives Anodenmaterial Liinterkalierbaren synthetischen oder natürlichen Graphit enthalten.The in the energy circulatory system integrated lithium-ion cells (Batteries) with nominal capacities of 6-500 Ah can be Li-intercalatable as the electrochemically active cathode layer Heavy metal oxides and / or LiFe or LiV phosphates and as electrochemical active anode material Liintercalatable synthetic or natural Contain graphite.

Als Separator mit Dicken von 10–40 μm zwischen Kathode und Anode werden in den Li-Ionen-Zellen mit Elektrolyt getränkte poröse Polyolefin-, Polyfluor- oder keramische Schichten verwendet; Elektrolyte sind vorzugsweise 1 molare Lösungen von Leitsalzen LiPF6, Lioxalatoborat od. ä. in aprotischen Lösungsmitteln, Alkylcarbonate, Dimethoxiethan od. ä.As a separator with thicknesses of 10-40 microns between the cathode and anode in the Li-ion cells with electrolyte impregnated porous polyolefin, polyfluoro or ceramic layers are used; Electrolytes are preferably 1 molar solutions of conductive salts LiPF 6 , Lioxalatoborat od. Ä. In aprotic solvents, alkyl carbonates, Dimethoxiethan od.

Die verwendeten Li-Ionen-Zellen können nach Bedarf zu Batterien (parallel od. hintereinander) geschaltet werden.The used Li-ion cells can become batteries as needed (in parallel or consecutively).

Zur Sicherstellung einer reibungslosen Batterieaustausches für die auszustattenden Transporteinheiten sind in der Ladestation (IV) bevorzugt eine ausreichende Menge, z. B. 100–10000 Standard Li-Ionen-Zellen (Batterien) vorhanden.To ensure a smooth battery replacement for the transport units to be equipped, in the charging station ( IV ) preferably a sufficient amount, for. B. 100-10000 standard Li-ion cells (batteries) available.

Die folgende Tabelle 1 listet Li-Ionen-Zellen auf, die im Parallel- oder Serienverbund für das Energiespeicher Kreislaufsystem genutzt werden können. Tabelle 1: Übersicht von Li-Ionen-Zellen, die im EKL-System eingesetzt werden können Typ Kathode Volt V nominal Kapazität Ah Zyklen** Spez. Energie Wh/kg 6 Ah-HP LiFePO4 3,2 6 > 500 > 2000 64 9 Ah-HP LiNCoOxid 3,6 9 > 600 90 20 Ah-HP LiFePO4 3,2 20 > 500 > 2000 69 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 LiNiOoOxid 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
The following Table 1 lists Li-ion cells that can be used in parallel or series combination for the energy storage circulatory system. Table 1: Overview of Li-ion cells that can be used in the EKL system Type cathode Volts V nominal Capacity Ah cycles ** Specific energy Wh / kg 6 Ah-HP LiFePO 4 3.2 6 >500> 2000 64 9 Ah-HP LiNCoOxid 3.6 9 > 600 90 20 Ah-HP LiFePO 4 3.2 20 >500> 2000 69 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 LiNiOoOxid 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 spec. 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 per unit time flowing (charging or discharging) current

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Claims (8)

Energiespeicher-Kreislaufsystem unter Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen, wobei die verwendeten Li-Ionen-Zellen bevorzugt zu Batterien parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Strom aus Energieerzeugungsanlagen (I; II) in Ladestationen zur Ladung der Lithium-Ionen-Zellen (V) verwendet wird, die in den Ladestationen (IV) oder in Depotstationen aufbewahrt, bei Bedarf entnehmbar und zum Betrieb von Transporteinheiten verwendbar sind und nach Entladung an derselben oder einer anderen Lade- oder Depot-Stationen gegen geladene Lithium-Ionen-Zellen austauschbar sind, wobei die Ladestationen und/oder die Depotstationen flächendeckend angeordnet sind, sodass ein Austausch der Lithium-Ionen-Zellen (V) vor ihrer vollständigen Entladung stattfinden kann, wobei die Energieerzeugungsanlagen dezentrale Energieerzeugungsanlagen, bevorzugt Solarenergieanlagen (I) und/oder Windenergieanlagen (II), sind.Energy storage circulatory system using lithium-ion cells, wherein the Li-ion cells used are preferably connected in parallel to batteries, characterized in that electricity from energy production facilities ( I ; II ) in charging stations for charging the lithium-ion cells ( V ) used in the charging stations ( IV ) or stored in depot stations, if necessary removable and usable for the operation of transport units and are exchangeable after discharge at the same or another charging or depot stations against charged lithium-ion cells, the charging stations and / or depot stations nationwide arranged so that replacement of the lithium-ion cells ( V ) can take place before their complete discharge, wherein the power generation plants decentralized power generation plants, preferably solar energy plants ( I ) and / or wind turbines ( II ), are. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei der Strom zum Laden der Lithium-Ionen-Zellen (V) über einen Laderegler (III) der Ladestation (IV) zur Verfügung steht.Energy storage circuit system according to claim 1, wherein the current for charging the lithium-ion cells ( V ) via a charge controller ( III ) of the charging station ( IV ) is available. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System so aufgebaut ist, dass die Lithium-Ionen-Zellen vor ihrem Einbau als Energiespeicher in eine Transporteinheit geladen, geprüft und getestet sind.Energy storage circuit system according to one of the preceding Claims, wherein the system is constructed so that the Lithium-ion cells before their incorporation as energy storage in a Transport unit loaded, tested and tested. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System so aufgebaut ist, dass die entladenen Lithium-Ionen-Zellen austauschbar sind und in einer der Ladestationen (IV) erneut geladen und gewartet werden können.Energy storage circuit system according to one of the preceding claims, wherein the system is constructed so that the discharged lithium-ion cells are interchangeable and in one of the charging stations ( IV ) can be reloaded and maintained. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Ladestationen und/oder den Depotstationen 300–700 km beträgt.Energy storage circuit system according to claim 1, the distance between the individual charging stations and / or Depot stations is 300-700 km. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannung der Lithium-Ionen-Zellen 12, 24 oder 42 V und die Nominalkapazität 25 bis 500 Ah beträgt, vorzugsweise 25–60 Ah.Energy storage circuit system according to one of the preceding Claims, wherein the voltage of the lithium-ion cells 12, 24 or 42 V and the nominal capacity 25 to 500 Ah is preferably 25-60 Ah. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verwendeten Li-Ionen-Zellen als elektrochemisch aktives Kathodenmaterial Li-interkalierbare Schwermetalloxide oder bevorzugt Li-Fe oder Li-V-Phosphate enthalten und als elektrochemisch aktives Anodenmaterial Li-interkalierbarer synthetischer oder natürlicher Graphit verwendet wird.Energy storage circuit system according to one of the preceding Claims, wherein the Li-ion cells used as electrochemical active cathode material Li-intercalatable heavy metal oxides or preferably Li-Fe or Li-V phosphates and as electrochemical active anode material Li-intercalatable synthetic or natural Graphite is used. Energiespeicher-Kreislaufsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei als Separator zwischen Anode und Kathode einen Elektrolyt enthaltende, poröse Polyolefin-, Polyfluor- oder keramische Schichten von 10–40 μm, bevorzugt von 5–25 μm, Dicke verwendet werden.Energy storage circulatory system according to one of the claims 6 or 7, wherein as a separator between the anode and cathode, an electrolyte containing, porous polyolefin, polyfluoro or ceramic Layers of 10-40 μm, preferably 5-25 μm, Thickness can be used.
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