WO2012155935A1 - Batterieproduktionseinrichtung und verfahren zur regelung einer batterieproduktionseinrichtung - Google Patents

Batterieproduktionseinrichtung und verfahren zur regelung einer batterieproduktionseinrichtung Download PDF

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Li-Tec Battery Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a battery production device, in particular a forming device for forming electrochemical cells, and a method for controlling the battery production device and a corresponding battery and a method for further treatment steps for this battery and a system for energy transfer and / or energy distribution.
  • Regenerative energies such as wind energy or solar energy
  • wind turbines or solar power systems can deliver high power, while with a corresponding change in the weather conditions, the power output can drop to a very low value within a short time.
  • Such fluctuations in the power supply of a power grid can lead to bottlenecks in the energy supply, especially for large consumers of electrical energy.
  • supply shortages can lead to a temporary increase in energy procurement costs.
  • Battery production facilities that require, for example, electrical energy for charging batteries must be adapted to the fluctuating range of services. It is an object of the present invention to provide an improved battery production device, an improved method for controlling a battery production device, an improved battery and improved method for performing further processing steps on the battery.
  • a battery production device in particular a forming device for forming electrochemical cells, comprising a production unit, in particular a receiving device for receiving at least one electrochemical cell, in particular for receiving a plurality of electrochemical cells, a power supply unit, by which the battery production device at least electrical energy , which is preferably produced regeneratively, can relate to a power grid, in particular a public power grid, and can deliver electrical energy to the power grid.
  • a control device of the battery production device comprises, which serves to control at least parts of the battery production.
  • the control device is designed such that the energy drawn from the power supply and / or the energy delivered to the power supply in dependence on the power supply in the power grid and / or in dependence of at least one characterizing the state of the power network parameter and / or at least one State of the power system characterizing parameter change in the power grid can be controlled.
  • the range of services means the temporary service offer.
  • a battery-producing device can be understood as any device which can be used in the production of electrochemical cells or battery arrangements containing at least one electrochemical cell.
  • the production of an electrochemical cell or a battery assembly containing at least one electrochemical cell refers to the process of transfer of natural or pre-produced starting materials, optionally with the use of energy and other work equipment, to the completion of the electro chemical cells or the battery assembly containing at least one electrochemical cell as a finished product, which can be used as intended.
  • An immediate production process takes place in the production unit.
  • the other facilities, such as the control device or the power grid connection device are not directly involved in the process of production.
  • the formation of electrochemical cell can be considered.
  • the formation can serve to produce special surface layers on the electrodes of the electrochemical cells, whereby essential mechanical changes to the electrochemical cell are not necessarily to be made.
  • the formation of electrochemical cells may involve multiple charging and discharging of the electrochemical cells.
  • the receptacle for electrochemical cells to be formed in this case represents a possible production unit.
  • an electrochemical cell means a device which also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy.
  • the electrochemical cell according to the invention can have at least one electrode stack or an electrode winding, which is largely separated from the envelope by means of an envelope in a gas-tight and liquid-tight manner.
  • the electrochemical cell may be configured to receive electrical energy while charging. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator.
  • a separator is preferably used which is not or only poorly electron-conducting, and which consists of an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is preferably used, which is preferably designed as a nonwoven web.
  • the organic material which is preferably a Polymer and more preferably comprises a polyethylene terephthalate (PET), is coated with an inorganic, preferably ion-conducting material, which is more preferably ion conducting in a temperature range of - 40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm. Such a separator is marketed, for example, under the trade name "Separion" by Evonik AG in Germany.
  • the control device can regulate the electrical energy supplied and / or the output depending on the power supply
  • the battery production device can be set to fluctuations in the power supply. It can be provided that with an increased power supply more electric power is obtained than with a low power supply. Furthermore, it can be provided that, given a high power supply, less power is output into the power grid or, in the case of a low power supply, more electric power is delivered to the power grid.
  • a high power supply can be at mains under load, a low power supply can be present at network overload.
  • electrochemical cells In the process of forming electrochemical cells, electrical energy is indeed drawn from an energy source, in particular a power grid or an energy storage device. Much of this energy is needed to charge the electrochemical cells. Consequently, with the exception of losses of any kind, this energy is not consumed, but only converted into chemical energy. At another point in time, the electrochemical cell to be formed is discharged again, so that electrical energy is made available. Due to the large number of electrochemical cells to be formed on an industrial scale, regulation of the battery production device can be carried out with regard to the power supplied or to be delivered contribute to the stabilization of electricity grids. In addition, cost advantages may arise from the use of favorable electricity procurement costs in case of grid under-use or high compensation amounts for power that is fed into the grid in the event of network overload.
  • the parameter characterizing the state of the power network has been selected from a parameter group comprising: voltage in the power grid at the power grid connection device, voltage in the power grid at a sensor, voltage in the power grid at a large consumer of electrical energy, Voltage in the electricity grid at a power generation plant, frequency in the electricity grid at the grid connection device, frequency in the power grid at a sensor, frequency in the power grid at a large consumer of electrical energy, frequency in the power grid at a power plant.
  • the parameter change characterizing the state of the power network has been selected from a parameter change group comprising: voltage change in the power grid at the power grid connection device, voltage change in the power grid at a sensor, voltage change in the power grid at a large consumer of electrical energy , Voltage change in the power grid at a power generation plant, frequency change in the power grid at the power grid connection device, frequency change in the power grid at a sensor, frequency change in the power grid at a large consumer of electrical energy, frequency change in the power grid at a power plant.
  • control device and / or the Stromnetzan Kunststoffs- device adapted to a reference of partially or completely regeneratively generated electrical energy from the power grid and trained.
  • the battery production device is designed to charge electrochemical cells of a second type of energy in a range of 55 to 115% of the rated charge capacity, preferably in a range of 84 to 94% of the nominal charge capacity and in particular with 89%. the nominal charge capacity of these electrochemical cells supply.
  • This embodiment is particularly advantageous for batteries of the third generation, which are designed for higher states of charge.
  • the battery production device has an energy storage device.
  • An energy storage device can be understood to mean any device which can store energy in particular for the purpose of later use or other delivery.
  • An energy storage device can convert the electrical energy into other forms of energy, such as mechanical and / or chemical energy. A back conversion of the energy into electrical energy is preferably provided.
  • the energy storage device may preferably comprise a number of electrochemical cells, in particular secondary cells.
  • the production unit may operate in certain operating States electrical energy regardless of the power supply in the power supply, since the production unit can deliver electrical energy to the energy storage device.
  • the battery production facility can increasingly draw power from the power grid, if the temporary power supply is favorable for a power reference, and thereby conduct the power in the energy storage device, if at this time a demand for power from the production unit is not or only to a limited extent.
  • the energy stored in the energy storage device can be used at any time to the production unit. Alternatively, the energy stored in the energy storage device can be delivered to the power grid at any time.
  • One or more electrochemical cells may be components of the energy storage device.
  • the energy storage device and the production unit is formed by a common device. It can be provided in particular that the energy storage device or the production unit is formed in each case from similar components. Alternatively or in combination, it can be provided that, depending on the operating state, a component of the battery production device can be assigned to either the energy storage device or the production unit. In another operating state, this component can then be assigned to the respective other, namely the production unit or the energy storage device.
  • the electrochemical cell can contribute to energy storage.
  • the receiving device to which the electrochemical cell arranged for energy storage is now attached, thus adopts this operating state, the function of the energy storage device, possibly in conjunction with the electrochemical cell. In this respect, it can only be distinguished between the energy storage device and the production unit by means of a consideration of the instantaneous function in the context of the battery production device.
  • the battery production device comprises a network utilization sensor, which can in particular detect a network overload and / or a network underload of the power network.
  • a grid load sensor can determine the grid frequency of the grid.
  • a network utilization sensor can be implemented as a software module and / or designed as a component of the regulation device. An oversupply of electrical power can lead to an increase in the network frequency; In the case of a sub-offer, the network frequency may be reduced.
  • a network utilization sensor can also be a data processing unit which can preferably evaluate processed network utilization data which can be transmitted externally via a communication line to the battery production facility and make it possible to draw conclusions about network utilization.
  • Such network utilization data may also include values about current and / or future procurement costs of electrical energy.
  • the battery production device is configured, depending on the power supply in the power grid and / or in dependence of at least one parameter in the power grid and / or as a function of at least one parameter change in the power grid for individual electrochemical cells or groups of electrochemical cells Initiate or terminate formation.
  • the object underlying the invention is achieved according to a second aspect by a method for controlling a battery Production device, in particular a forming device for forming electrochemical cells, comprising a production unit, in particular a receiving device for receiving at least one electrochemical cell, in particular a plurality of electrochemical cells, a power grid connection device, by means of which the battery production device can draw electrical energy, which is preferably regeneratively generated, from a power grid and electrical energy in the power grid, a control device for controlling at least parts of the battery production.
  • a method for controlling a battery Production device in particular a forming device for forming electrochemical cells, comprising a production unit, in particular a receiving device for receiving at least one electrochemical cell, in particular a plurality of electrochemical cells, a power grid connection device, by means of which the battery production device can draw electrical energy, which is preferably regeneratively generated, from a power grid and electrical energy in the power grid, a control device for controlling at least parts of the battery production.
  • an offer of electrical power namely the power supply, in the power grid and / or at least one characterizing the state of the power network parameters and / or at least one of the state of the power network characterizing parameter change is detected and based on the detected power supply and / or on the basis of the detected parameters and / or based on the detected parameter change, determines the amount of energy that is drawn from the power grid and / or that is delivered to the power grid.
  • the parameter characterizing the state of the power network has been selected from a parameter group comprising: voltage in the power grid at the power grid connection device, voltage in the power grid at a sensor, voltage in the power grid at a large consumer of electrical energy, Voltage in the power grid at a power generation plant, frequency in the power grid at the power grid connection device, frequency in the power grid at a sensor, frequency in the power grid to a large consumer of electrical energy, frequency in the power grid at a power plant.
  • the parameter change characterizing the state of the power network has been selected from a parameter change group comprising: voltage change in the power grid at the power grid connection device, voltage change in the power grid at a sensor, voltage change in the power grid at one Large consumers of electrical energy, voltage change in the power grid to a power plant, frequency change in the grid at the grid connection device, frequency change in the power grid to a sensor, frequency change in the power grid a large consumer of electrical energy, frequency change in the power grid to a power plant.
  • control device and / or the power grid connection device are preferably adapted and configured to receive a partially or completely regeneratively generated electrical energy from the power grid.
  • electrochemical cells of a first type supply energy in a range of 50 to 70% of the rated charge capacity of these electrochemical cells, this configuration being particularly advantageous for batteries of the second generation.
  • the range of services in the power grid can be determined with a grid utilization sensor.
  • the amount of energy to be drawn and / or delivered can be influenced by other parameters. This results in the advantages already mentioned for the battery production device.
  • the power supply in the power grid is determined based on measurements of the grid frequency.
  • the temporary ie the power supply available at the time of the measurement of the network frequency, is determined.
  • the range of services in the power grid can be determined statistically.
  • a temporary service offer can be determined.
  • Alternatively or in combination with this may also be Services at any time, in particular a date in the future.
  • a range of services can be used for comparable conditions at earlier times, taking into account any deviating conditions.
  • a function can be implemented within the control which causes parts of the battery production device to draw more energy from an energy storage device in the case of the network underload than would be the case in the case of network overload.
  • a function can be implemented within the control, which causes less energy to be made available to parts of the battery production device in the case of network overload, or parts of the battery production device to demand less power than would be the case under grid underload.
  • network underload and “network overload” are to be understood as relative terms and refer preferably to two states of the power network, whereby in the case of network overload the power supply of the power grid is lower or, in the case of grid underload, the power supply of the power grid is greater than in the other state ,
  • this also includes the states of the absolute network overload or absolute network underload, in which the totality of the power demanded in a power grid is greater or smaller than the totality of the power provided in the power grid.
  • the power grid is taken from the power grid as in network overload, especially in otherwise constant conditions.
  • the extracted power is preferably used in the production unit and / or supplied to an energy storage device.
  • a possible oversupply of power in the power grid can be responded to by increased power consumption, which means that the production unit can be supplied with more power.
  • the energy storage device can be supplied with more power, which can then be made available to the production facility if the power supply in the power grid is lower at a different time.
  • more power in particular from the production unit and / or from an energy storage device, is preferably introduced into the power grid than under grid load, in particular in otherwise constant conditions.
  • the production unit processes the process of forming, it may happen that energy stored in electrochemical cells to be processed is taken out of them. This can be initiated either in an energy storage device or in the power grid. It makes sense to initiate more energy into the power grid in case of grid overload.
  • more power in particular from the power grid and / or from the production unit into the energy storage device, can be introduced than in the event of network overload, in particular with otherwise constant conditions. Thus, if a larger range of services is available, thus the energy storage device can be charged.
  • the electrical power output by the production unit can be increasingly introduced into the energy storage device, as would be the case with network overload.
  • an electrochemical cell which is processed in an operating state in the production work, used in an operating state subsequent to the operating state as an electrochemical cell, an energy storage device.
  • the electrochemical cells may remain in the battery production device for a certain time after the formation and may be in a charged or at least partially charged state. In such an operating state, the storage capacity of the electrochemical cell can be used for the storage of electrical energy.
  • the electrochemical cell from the receiving device in which the electrochemical cell was attached during the production process be moved to another receiving device, in particular the energy storage device locally.
  • the electrochemical cell may also remain in the receiving device.
  • the battery production device is designed such that it can also be used as an energy storage device, possibly in interaction with the electrochemical cell mounted therein.
  • this object is achieved in a battery, in particular a lithium-ion battery, with inventively produced electrochemical cells of a first type, characterized in that in a charge cycle these electrochemical cells energy in a range of 50 to 70% the nominal charge capacity has been supplied.
  • this object is achieved in a battery, in particular a lithium-ion battery, with inventively produced electrochemical cells of a second type, characterized in that in a charge cycle these electrochemical cells energy in a range of 55 to 15 % of the nominal charging capacity, preferably in a range of 84 to 94% of the rated charging capacity and in particular has been supplied to 89% of the rated charging capacity of these electrochemical cells.
  • this object is achieved in a method for carrying out a further processing step on a battery having electrochemical cells of a first type produced according to the invention by virtue of a charge cycle in which these electrochemical cells have energy in one region before the further processing step has been supplied from 50 to 70% of the rated charge capacity, wherein preferably the further processing step comprises a transport of the battery and / or a mounting of the battery in a motor vehicle.
  • this object is achieved in a method for carrying out a further processing step on a battery with inventively produced electrochemical cells of a second type, characterized in that prior to the further processing step in a charging cycle these electrochemical cells energy in a range of 55 to 1 15% of the nominal charging capacity, preferably in a range of 84 to 94% of the nominal charging capacity and in particular has been supplied with 89% of the rated charging capacity, wherein preferably the further processing step comprises a transport of the battery and / or a mounting of the battery in a motor vehicle.
  • this object is achieved in an energy transmission and / or energy distribution system having a power grid and one or more power plants, wherein at least one of these power plants is designed to generate regenerative power, in that the energy transmission and / or energy distribution system is connected to at least one battery production device according to the first aspect of the invention, wherein it has proved to be advantageous if the power plant has been selected from a group comprising: wind power station, solar power station, hydroelectric power station , Geothermal power station or tidal power station.
  • FIG. 1 is a block diagram of a forming device according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a forming device according to the invention in an alternative embodiment
  • Fig. 5 is a map of a scheme for the current reference in a second
  • FIG. 6 is a map of a current output control of the second embodiment
  • Fig. 8 is a map of a control for the current output of the third embodiment.
  • Fig. 9 is a flow chart for the control of a former according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a forming device 1 as an example of a battery production device according to the invention.
  • the forming device 1 comprises a receiving device 3 for electrochemical cells 4.
  • the electrochemical cells 4 accommodated in the receiving device 3 are such cells on which a production line is located inside the forming device 1.
  • process is carried out, which may be formed in the present case by the forming. Alternatively or in combination, other production processes may also be carried out.
  • the forming device 1 further comprises a Stromnetzanitatis- device 5, which is connected to a bidirectional power line 10 to a public power network 2.
  • the power grid connection device 5 makes it possible to deliver electrical power from the forming device 1 into the power network 2.
  • the power grid connection device 5 is connected via a further bidirectional power line 10 to the receiving device 3, so that electric power can be supplied from the power supply connection device 5 to the receiving device 3, and electrical power can be delivered from the receiving device 3 to the power supply connection device 5.
  • the forming device 1 further comprises an energy storage device 6.
  • an energy storage device 6 In the energy storage device 6, a number of electrochemical cells 1 1 are arranged.
  • the arranged in the energy storage device 6 electrochemical cells 1 1 are preferably already finished produced electrochemical cells, where currently no production process is performed within the forming device. Rather, the electrochemical cells 1 1 are used in the energy storage device 6 as units for storing electrical energy.
  • the energy storage device 6 is connected via bidirectional power lines 10 to the receiving device 3 and the power grid connection device 5.
  • the forming device 1 has a control device 7.
  • the control device 7 is connected via bidirectional data lines 10 to the power grid connection device 5, the receiving device 3 and the energy storage device 6.
  • the control device 7 can control and regulate individual processes within said devices 3, 5, 6.
  • the control device 7 can control the flow of electrical power within the power lines 10.
  • the control device 7 is connected via a further data line 8 to a network load sensor 9.
  • the grid load sensor 9 is designed to determine a grid frequency in the power grid 2, so that conclusions about the grid load within the grid 2 can be determined.
  • the network load sensor 9 receives data from the local electricity network provider, which include the degree of network utilization and the current energy procurement costs. Energy procurement costs also include negative energy procurement costs, namely the remuneration paid by the electricity network operator for electrical power, which is fed into the electricity grid by the forming device.
  • FIG. 2 shows the block diagram of a forming device 1 according to the invention, which largely corresponds to the forming device of Figure 1.
  • the receiving device and the energy storage device are formed by a common device. After the formation of the electrochemical cells to be formed are stored for a certain period of time within the receiving device. During this storage, the electrochemical cells, which were previously formed, be charged and thus take over the tasks of the electrochemical cells 1 1 of the energy storage device 6. In this respect, the electrochemical cells 1 1 of the energy storage device 6 are formed by the electrochemical cells 4 of the receiving device 3, when the formation of these electrochemical cells 4 is completed.
  • control device Based on the determined network utilization, the control device regulates the current reference or the current output of the individual devices, which will be explained with reference to FIGS. 3 to 8.
  • FIG. 3 shows a characteristic diagram of a regulation for the current reference in a first embodiment.
  • D min denotes an example of a state of the network underload
  • D ma x denotes a state of the network overload, for example.
  • the ordinate axis denotes the electric power W, which is requested or made available by individual devices. Regardless of the degree of network utilization D, the receiving device requires a constant electrical power W 3 .
  • this electrical power W 3 can be provided by the power grid connection device 5 from the power network 2, represented by the line designated by W 5 . It can be seen that the power W 5 obtained from the power grid 2 is greater when the grid load D is lower. If the grid utilization D is greater, the power W 5 , which is taken from the grid 2, decreases. Nevertheless, in order to satisfy the constant demand electric power W 3 of the pickup device 3, the electric power W 6 is provided by the energy storage device 6. It can be seen that, starting from a certain network overload D ma, only energy is obtained via the energy storage device 6. By contrast, below a certain network underload D min , power is taken exclusively from the power grid connection device 5 from the power network 2.
  • FIG. 4 shows a characteristic diagram of a regulation for the current output of the first embodiment.
  • the electrochemical cells 4 arranged in the receiving device 3 can be discharged.
  • the power curves are located below the abscissa and therefore denote a flow of power in a direction opposite to the flow of power according to FIG.
  • the battery receiving device 3 can deliver an electrical power W 3 .
  • a delivery of the electrical power to the power grid is unfavorable, which is why more electric power W 6 is delivered to the energy storage device.
  • power W 5 is increasingly delivered to the power grid 2 via the power grid connection device 5.
  • FIGS. 5 and 6 show characteristic diagrams of a regulation for the current reference or the current output in a second embodiment. These largely correspond to the characteristic diagrams of FIGS. 3 and 4, so that only the differences will be discussed below.
  • W is based 5 on the current network connection means 5 of the power supply 2 at a power under load below a certain network underload D min more electric power is required 3 from the recording device 3 as the electric power W.
  • the power W 6 provided by the energy storage device assumes a negative value. This results from the fact that a surplus share of the power W 5 , which is provided by the power grid connection device 5 from the power network 2, is used to charge the energy storage device 6. Furthermore, it can be seen that above a certain network overload D max, the energy storage device 6 provides more electrical power W 6 than is required by the receiving device 3. A surplus share of the power provided by the energy storage device 6 is introduced into the power network 2 in order to contribute to the stabilization of the network utilization. As can be seen, the amount of power W 5 related to the grid is negative, which means that electrical power is supplied to the grid 2.
  • FIG. 6 shows the state in which the receiving device can deliver electrical power W 3 .
  • the power W 5 related to the grid assumes a positive value.
  • This positive power is delivered to the energy storage device 6.
  • the power W 6 which is delivered to the energy storage device 6, is greater than the power W 3 , the of the receiving device 3 is discharged.
  • an excess of electrical power W 6 can be delivered to the power network 2, so that the total power W 5 output to the power network 2 via the power grid connection device 5 is greater than that of the receiving device 3 provided electric power W 3 .
  • FIGS. 7 and 8 show characteristic diagrams of a regulation for the current reference or the current output in a third embodiment. These largely correspond to the characteristic diagrams of FIGS. 5 and 6, so that only the differences will be discussed below.
  • the electrical power W 3 required by the recording device 3 varies as a function of the network load D.
  • the power required by the recording device 3 power W 3 is reduced by the control device when a high network load D is present, as shown in Figure 7.
  • the energy W 3 required by the receiving device 3 is increased.
  • the regulating device can be implemented in such a way that the receiving device 3 emits more electrical power W 3 in the event of network overload than in the case of mains underload, as shown in FIG.
  • Figure 9 shows a flow chart for a control of the forming device 1 according to the present invention.
  • a step S1 parameter data relating to the supply of electric power in a power network 2 are detected, and in a step S2 the detected parameter data are fed to a control unit 7 in which a decision value is formed by means of the acquired parameter data in a step S3.
  • a step S4 it is determined in a step S4 whether the decision value is greater than a predetermined threshold value. If the determination in step S4 shows that the decision value is greater than the predetermined threshold value, electric energy is supplied from the power network 2 to the forming device 1 in a step S5.
  • step S4 If, on the other hand, the determination in step S4 shows that the decision value is not larger than the predetermined threshold, in a step S5 electrical energy from the forming device 1 dissipated in the power grid 2. Furthermore, it is also possible that neither power supplied from the power network 1 of the forming device 1 nor current from the forming device 1 is discharged into the power network 2 when the decision value is within a predetermined value range around the threshold value.
  • parameter data should be understood to mean not only a plurality of parameter data, but possibly also a single parameter data.
  • the present invention furthermore relates to a battery which has these electrochemical cells, in particular a battery designed for use in a motor vehicle, which has these electrochemical cells.

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Abstract

Batterieproduktionseinrichtung, insbesondere Formierungseinrichtung (1) zur Formierung elektrochemischer Zellen (4), umfassend eine Produktionseinheit, insbesondere eine Aufnahmeeinrichtung (3) zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Zelle (4), insbesondere mehrerer elektrochemischer Zellen (4), eine Stromnetzanbindungseinrichtung (5), mittels derer die Batterieproduktionseinrichtung elektrische Energie, die vorzugsweise regenerativ erzeugt wird, von einem Stromnetz (2), insbesondere einem öffentlichen Stromnetz, beziehen kann und elektrische Energie an das Stromnetz abgeben kann, eine Regelungseinrichtung (7) zur Regelung von zumindest Teilen der Batterieproduktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass die vom Stromnetz (2) bezogene elektrische Energie und/oder die an das Stromnetz (2) abgegebene elektrische Energie in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens eines den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierenden Parameters und/oder in Abhängigkeit mindestens einer den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierenden Parameteränderung geregelt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit des temporären Leistungsangebotes im Stromnetz geregelt werden kann.

Description

Batterieproduktionseinrichtung und Verfahren zur Regelung einer
Batterieproduktionseinrichtung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieproduktionseinrichtung, insbesondere eine Formierungseinrichtung zur Formierung von elektrochemischen Zellen, und ein Verfahren zur Regelung der Batterieproduktionseinrichtung sowie eine entsprechende Batterie und ein Verfahren zu weiteren Behandlungs- schritten für diese Batterie und ein System zur Energieübertragung und/oder Energieverteilung.
Regenerative Energien, wie beispielsweise die Windenergie oder die Solarenergie, weisen den Nachteil der schwankenden Leistungsabgabe auf. Bei entsprechenden Witterungsbedingungen können Windkraftanlagen oder Solar- stromanlagen eine hohe Leistung abgeben, während bei entsprechender Änderung der Witterungslage die Leistungsabgabe innerhalb kurzer Zeit auf einen sehr geringen Wert absinken kann. Derartige Schwankungen im Leistungsangebot eines Stromnetzes können insbesondere bei großen Verbrauchern von elektrischer Energie zu Engpässen in der Energieversorgung führen. Ferner können Versorgungsengpässe zu einem temporären Anstieg der Kosten des Energiebezuges führen. Batterieproduktionseinrichtungen, die beispielsweise auch elektrische Energie zum Laden von Batterien benötigen, müssen an das schwankende Leistungsangebot angepasst sein. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Batterieproduktionseinrichtung, ein verbessertes Verfahren zur Regelung einer Batterieproduktionseinrichtung, eine verbesserte Batterie und verbessertes Verfahren zur Durchführung weiterer Bearbeitungsschritte an der Batterie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieproduktionseinrichtung, insbesondere eine Formierungseinrichtung zur Formierung von elektrochemischen Zellen, aufweisend eine Produktionseinheit, insbesondere eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Zelle, insbesondere zur Aufnahme mehrerer elektrochemischen Zellen, eine Stromnetz- anbindungseinrichtung, durch die die Batterieproduktionseinrichtung zumindest elektrische Energie, die vorzugsweise regenerativ erzeugt wird, von einem Stromnetz, insbesondere einem öffentlichen Stromnetz, beziehen kann und elektrische Energie an das Stromnetz abgeben kann. Es ist eine Regelungseinrichtung von der Batterieproduktionseinrichtung umfasst, die zur Regelung von zumindest Teilen der Batterieproduktion dient. Die Regelungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass die vom Stromnetz bezogene Energie und/oder die an das Stromnetz abgegebene Energie in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens eines den Zustand des Stromnetzes charakterisierenden Parameters und/oder in Ab- hängigkeit mindestens einer den Zustand des Stromnetzes charakterisierenden Parameteränderung im Stromnetz geregelt werden kann. Unter dem Leistungsangebot ist insbesondere das temporäre Leistungsangebot gemeint.
Unter einer Batterieproduktionseinrichtung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Einrichtung verstanden werden, die im Rahmen der Produktion von elektrochemischen Zellen oder Batterieanordnungen, enthaltend zumindest eine elektrochemische Zelle, Verwendung finden kann. Die Produktion einer elektrochemischen Zelle oder eine Batterieanordnung enthaltend zumindest eine elektrochemische Zelle bezieht sich dabei auf den Prozess der Übertragung von natürlichen oder vorproduzierten Ausgangsstoffen, gegebenenfalls unter Einsatz von Energie und weiteren Arbeitsmitteln, bis hin zur Fertigstellung der elektro- chemischen Zellen oder der Batterieanordnung enthaltend zumindest eine elektrochemische Zelle als fertiges Produkt, welches bestimmungsgemäß angewendet verwendet werden kann. Ein unmittelbarer Produktionsprozess findet in der Produktionseinheit statt. Die übrigen Einrichtungen, wie z.B. die Regelungs- einrichtung oder die Stromnetzanbindungseinrichtung sind nicht unmittelbar an dem Prozess der Produktion beteiligt. Als ein wesentlicher Bestandteil der Batterieproduktion kann die Formierung von Elektrochemischen Zelle angesehen werden. Die Formierung kann zur Erzeugung spezieller Oberflächenschichten an den Elektroden der elektrochemischen Zellen dienen, wobei wesentliche mechanische Veränderungen an der elektrochemischen Zelle nicht zwangsläufig vorzunehmen sind. Die Formierung elektrochemischer Zellen kann mehrfaches Laden und Entladen der elektrochemischen Zellen umfassen. Die Aufnahmeeinrichtung für zu formierende elektrochemische Zellen stellt dabei eine mögliche Produktionseinheit dar. Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrochemischen Zelle eine Einrichtung zu verstehen, welche auch zur Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Dazu kann die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle wenigstens über einen Elektrodenstapel oder einen Elektrodenwickel verfügen, der mittels einer Umhüllung gegenüber der Umhüllung weit- gehend gas- und flüssigkeitsdicht abgegrenzt ist. Auch kann die elektrochemische Zelle ausgestaltet sein, elektrische Energie beim Laden aufzunehmen. Man spricht dann auch von einer Sekundärzelle oder einem Akkumulator.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein Separator verwendet, welcher nicht oder nur schlecht elektronenleitend ist, und welcher aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger besteht. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwobenes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise Ionen leitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40 °C bis 200 °C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, Ionen leitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Dadurch, dass die Regelungseinrichtung die bezogene bzw. die abgegebene elektrische Energie in Abhängigkeit des Leistungsangebotes regeln kann, kann die Batterieproduktionseinrichtung auf Schwankungen des Leistungsangebots eingestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einem erhöhten Leistungsangebot mehr elektrische Leistung bezogen wird als bei einem geringen Leistungsangebot. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei einem hohen Leistungsangebot weniger Leistung in das Stromnetz abgegeben wird bzw. bei einem geringen Leistungsangebot mehr elektrische Leistung an das Stromnetz abgegeben wird. Ein hohes Leistungsangebot kann bei Netzunterlast, ein geringes Leistungsangebot kann bei Netzüberlast vorhanden sein.
Beim Prozess der Formierung von elektrochemischen Zellen wird zwar elektrische Energie von einer Energiequelle, insbesondere einem Stromnetz oder einer Energiespeichereinrichtung, bezogen. Ein Großteil dieser Energie wird zum Laden der elektrochemischen Zellen benötigt. Diese Energie wird, mit Ausnahme von Verlusten jeglicher Art, folglich nicht verbraucht, sondern lediglich in chemische Energie umgewandelt. Zu einem anderen Zeitpunkt wird die zu formierende elektrochemische Zelle wieder entladen, so dass elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund der Vielzahl von großtechnisch zu formierenden Elektrochemischen Zellen kann eine Regelung der Batterie- produktionseinrichtung hinsichtlich der bezogenen oder abzugebenden Leistung einen Beitrag zur Stabilisierung von Stromnetzen erbringen. Darüber hinaus können Kostenvorteile aus der Nutzung von günstigen Strombeschaffungskosten bei Netzunterlast bzw. hohen Vergütungsbeträgen für Leistung, die bei Netzüberlast in das Stromnetz eingespeist wird, entstehen. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameter aus einer Parametergruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungs- einrichtung, Spannung im Stromnetz an einem Sensor, Spannung im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannung im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenz im Stromnetz an der Stromnetz- anbindungseinrichtung, Frequenz im Stromnetz an einem Sensor, Frequenz im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenz im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die den Zustand des Strom- netzes charakterisierende Parameteränderung aus einer Parameteränderungsgruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannungsänderung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungseinrichtung, Spannungsänderung im Stromnetz an einem Sensor, Spannungsänderung im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannungsänderung im Stromnetz an einer Strom- erzeugungsanlage, Frequenzänderung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungseinrichtung, Frequenzänderung im Stromnetz an einem Sensor, Frequenzänderung im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenzänderung im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage.
Bevorzugt sind die Regelungseinrichtung und/oder die Stromnetzanbindungs- einrichtung an einem Bezug von teilweise oder vollständig regenerativ erzeugter elektrischer Energie aus dem Stromnetz angepasst und ausgebildet.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Batterieproduktionseinrichtung ausgebildet ist, bei einem Ladezyklus elektrochemischen Zellen einer ersten Art Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität dieser elektro- chemischen Zellen zuzuführen. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für Batterien der zweiten Generation.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Batterieproduktionseinrichtung ausgebildet ist, bei einem Ladezyklus elektrochemischen Zellen einer zweiten Art Energie in einem Bereich von 55 bis 115 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen zuzuführen. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für Batterien der dritten Generation, die für höhere Ladezustände ausgestaltet sind. Ein Vorteil dieses und des vorstehenden Ausführungsbeispiels liegt darin, dass aufgrund der vor dem Transport durchgeführten Beladung der elektrochemischen Zelle Ladezeiten bei nachfolgender Montage der Batterie in ein Kraftfahrzeug vermieden oder verringert werden können, wodurch ein Kostenvorteil erreicht werden kann, da Regelungseinrichtungen zur Steuerung der Aufnahme elektrischer Energie an den Orten der Montage eingespart werden können.
Vorzugsweise weist die Batterieproduktionseinrichtung eine Energiespeichereinrichtung auf. Unter einer Energiespeichereinrichtung kann dabei jegliche Einrichtung verstanden werden, welche Energie insbesondere zum Zwecke der späteren Nutzung oder sonstigen Abgabe speichern kann. Eine Energie- speichereinrichtung kann die elektrische Energie in andere Energieformen, wie beispielsweise mechanische und/oder chemische Energie umwandeln. Eine Rückumwandlung der Energie in elektrische Energie ist vorzugsweise vorgesehen. Die Energiespeichereinrichtung kann vorzugsweise eine Anzahl von elektrochemischen Zellen, insbesondere Sekundärzellen, umfassen. Durch das Vorsehen einer Energiespeichereinrichtung können Teile der Batterieproduktionseinrichtung, welche elektrische Energie benötigen, insbesondere die Produktionseinheit, unabhängig von dem Leistungsangebot im Stromnetz, zumindest zeitweise mit ausreichender Leistung versorgt werden, indem ersatzweise Leistung durch die Energiespeichereinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann. Ebenso kann die Produktionseinheit in gewissen Betriebs- zuständen elektrische Energie unabhängig vom Leistungsangebot im Stromnetz abgeben, da die Produktionseinheit elektrische Energie auch an die Energiespeichereinrichtung abgeben kann. Die Batterieproduktionseinrichtung kann dabei vermehrt Leistung vom Stromnetz beziehen, wenn das temporäre Leistungsangebot günstig für einen Strombezug ist, und dabei die Leistung auch in die Energiespeichereinrichtung leiten, wenn zu diesem Zeitpunkt eine Nachfrage von Leistung von der Produktionseinheit nicht oder nur in geringem Umfang vorhanden ist. Die in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie kann zu einem beliebigen Zeitpunkt an die Produktionseinheit verwendet werden. Alternativ kann die in der Energiespeichereinrichtung gespeicherte Energie zu einem beliebigen Zeitpunkt an das Stromnetz abgegeben werden. Eine oder mehrere elektrochemischen Zellen können Bestandteile der Energiespeichereinrichtung sein.
Bevorzugt ist die Energiespeichereinrichtung und die Produktionseinheit durch eine gemeinsame Einrichtung gebildet. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung bzw. die Produktionseinheit jeweils aus gleichartigen Komponenten gebildet ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann vorgesehen sein, dass je nach Betriebszustand eine Komponente der Batterieproduktionseinrichtung entweder der Energiespeichereinrichtung oder der Produktionseinheit zugeordnet sein kann. In einem anderen Betriebszustand kann diese Komponente dann der jeweils anderen, nämlich der Produktionseinheit oder der Energiespeichereinrichtung zugeordnet sein. Dies trifft insbesondere auf eine Aufnahmeeinrichtung für elektrochemische Zellen zu, an der in einem Betriebszustand zu formierende elektrochemische Zellen angebracht werden können. In einem der Formierung der elektrochemischen Zellen zeitlich nachgelagerten Betriebszustand kann die im vorigen Betriebszustand formierte elektrochemische Zelle weiterhin in der Aufnahmeeinrichtung verbleiben, obwohl der Prozess der Formierung bereits abgeschlossen ist. In diesem Betriebszustand kann die elektrochemische Zelle zur Energiespeicherung beitragen. Die Aufnahmeeinrichtung, an welche die zur Energiespeicherung angeordnete elektrochemische Zelle nun angebracht ist, übernimmt folglich in diesem Be- triebszustand die Funktion der Energiespeichereinrichtung, ggf. im Zusammenspiel mit der elektrochemischen Zelle. Insofern kann zwischen der Energiespeichereinrichtung und der Produktionseinheit nur mittels einer Betrachtung der momentanen Funktion im Rahmen der Batterieproduktionseinrichtung unter- scheiden werden.
Vorzugsweise umfasst die Batterieproduktionseinrichtung einen Netzauslastungssensor, der insbesondere eine Netzüberlast und/oder eine Netzunterlast des Stromnetzes erkennen kann. Anhand der ermittelten Netzüberlast und/oder Netzunterlast können Rückschlüsse auf das Leistungsangebot im Stromnetz gezogen werden. Ein Netzauslastungssensor kann beispielsweise die Netzfrequenz des Stromnetzes ermitteln. Ein Netzauslastungssensor kann als Softwaremodul implementiert sein und/oder als Komponente der Regelungseinrichtung ausgebildet sein. Bei einem Überangebot von elektrischer Leistung kann es zu einer Steigerung der Netzfrequenz kommen; bei einem Unter- angebot kann es zu einer Verringerung der Netzfrequenz kommen. Ein Netzauslastungssensor kann alternativ auch eine Datenverarbeitungseinheit sein, welche vorzugsweise aufbereitete Netzauslastungsdaten, welche von extern über eine Kommunikationsleitung an die Batterieproduktionseinrichtung übermittelt werden können, auswerten kann und Rückschlüsse auf die Netz- auslastung ermöglichen kann. Derartige Netzauslastungsdaten können auch Werte über momentane und/oder künftige Beschaffungskosten von elektrischer Energie umfassen.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Batterieproduktionseinrichtung ausgestaltet ist, in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Parameters im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens einer Parameteränderung im Stromnetz für einzelne elektrochemische Zellen oder für Gruppen elektrochemischer Zellen die Formierung einzuleiten oder zu beenden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nach einem zweiten Gesichtspunkt gelöst durch ein Verfahren zur Regelung einer Batterie- produktionseinrichtung, insbesondere einer Formierungseinrichtung zur Formierung elektrochemischer Zellen, aufweisend eine Produktionseinheit, insbesondere eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Zelle, insbesondere mehrerer elektrochemischer Zellen, eine Stromnetzanbindungseinrichtung, mittels derer die Batterieproduktionseinrichtung elektrische Energie, die vorzugsweise regenerativ erzeugt wird, von einem Stromnetz beziehen kann und elektrische Energie in das Stromnetz abgeben kann, eine Regelungseinrichtung zur Regelung von zumindest Teilen der Batterieproduktion. Dabei wird ein Angebot an elektrischer Leistung, nämlich das Leistungsangebot, im Stromnetz und/oder mindestens ein den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameter und/oder mindestens eine den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameteränderung erfasst und anhand des erfassten Leistungsangebotes und/oder anhand des erfassten Parameters und/oder anhand der erfassten Parameteränderung der Umfang von Energie festgelegt, der vom Stromnetz bezogen und/oder der an das Stromnetz abgegeben wird.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameter aus einer Parametergruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungs- einrichtung, Spannung im Stromnetz an einem Sensor, Spannung im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannung im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenz im Stromnetz an der Stromnetzanbindungseinrichtung, Frequenz im Stromnetz an einem Sensor, Frequenz im Stromnetz einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenz im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameteränderung aus einer Parameteränderungsgruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannungsänderung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungseinrichtung, Spannungsänderung im Stromnetz an einem Sensor, Spannungsänderung im Stromnetz an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannungsänderung im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenzänderung im Stromnetz an der Stromnetzanbindungseinrichtung, Frequenzänderung im Stromnetz an einem Sensor, Frequenzänderung im Stromnetz einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenzänderung im Stromnetz an einer Stromerzeugungsanlage.
Bevorzugt sind die Regelungseinrichtung und/oder die Stromnetzanbindungseinrichtung an einem Bezug von teilweise oder vollständig regenerativ erzeugter elektrischer Energie aus dem Stromnetz angepasst und ausgebildet.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei einem Ladezyklus elektro- chemischen Zellen einer ersten Art Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen zugeführt, wobei diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft für Batterien der zweiten Generation ist.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem Ladezyklus elektrochemischen Zellen einer zweiten Art Energie in einem Bereich von 55 bis 115 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen zugeführt wird, wobei diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft für Batterien der dritten Generation ist.
Das Leistungsangebot im Stromnetz kann mit einem Netzauslastungssensor er- mittelt werden. Der Umfang der zu beziehenden und/oder abzugebenen Energie kann durch weitere Parameter beeinflusst sein. Es ergeben sich die bereits zur Batterieproduktionseinrichtung genannten Vorteile.
Vorzugsweise wird das Leistungsangebot im Stromnetz anhand von Messungen der Netzfrequenz ermittelt. Vorzugsweise wird dabei das temporäre, also das im Zeitpunkt der Messung der Netzfrequenz vorhandene Leistungsangebot, ermittelt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann das Leistungsangebot im Stromnetz statistisch ermittelt werden. Hierbei kann ein temporäres Leistungsangebot ermittelt werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch ein Leistungsangebot zu einem beliebigen, insbesondere einem Zeitpunkt in der Zukunft ermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise ein Leistungsangebot bei vergleichbaren Rahmenbedingungen zu früheren Zeitpunkten herangezogen werden, unter weiterer Berücksichtigung von gegebenenfalls abweichenden Rahmenbedingungen.
Vorzugsweise wird bei Netzüberlast mehr elektrische Energie aus dem Stromnetz entnommen als bei Netzunterlast. Für diesen Vergleich sind jeweils nahezu identische Betriebszustände der Batterieproduktionseinrichtung zu heranzuziehen, die sich nur durch das Vorhandensein von Netzüberlast bzw. Netz- Unterlast voneinander unterscheiden. Innerhalb der Regelung kann dabei eine Funktion implementiert sein, die bewirkt, dass Teile der Batterieproduktionseinrichtung im Falle der Netzunterlast mehr Energie von einer Energiespeichereinrichtung beziehen als das im Falle von Netzüberlast der Fall wäre. Alternativ oder in Kombination kann innerhalb der Regelung eine Funktion implementiert sein, die bewirkt, dass im Falle der Netzüberlast Teilen der Batterieproduktionseinrichtung weniger Energie zur Verfügung gestellt wird bzw. dass Teile der Batterieproduktionseinrichtung weniger Leistung nachfragen, als dies bei Netzunterlast der Fall wäre.
Die Begriffe Netzunterlast und Netzüberlast sind als relative Begriffe zu ver- stehen und beziehen sich vorzugsweise auf zwei Zustände des Stromnetzes, wobei im Falle der Netzüberlast das Leistungsangebot des Stromnetzes niedriger bzw. im Falle der Netzunterlast das Leistungsangebot des Stromnetzes größer als im jeweils anderen Zustand ist. Dies umfasst natürlich auch die Zustände der absoluten Netzüberlast bzw. absoluten Netzunterlast, bei der die Gesamtheit der in einem Stromnetz nachgefragten Leistung größer bzw. kleiner als die Gesamtheit der im Stromnetz zur Verfügung gestellten Leistung ist.
Vorzugsweise wird bei Netzunterlast mehr Leistung aus dem Stromnetz entnommen als bei Netzüberlast, insbesondere bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen. Die entnommene Leistung wird vorzugsweise der Produktions- einheit und/oder einer Energiespeichereinrichtung zugeführt. Insofern kann auf ein mögliches Überangebot an Leistung im Stromnetz durch erhöhte Leistungsaufnahme reagiert werden, wodurch die Produktionseinheit mit mehr Leistung versorgt werden kann. Alternativ oder in Kombination kann die Energiespeicher- einrichtung mit mehr Leistung versorgt werden, die dann für die Produktionseinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, wenn das Leistungsangebot im Stromnetz zu einem anderen Zeitpunkt geringer ist.
Bei Netzüberlast kann mehr Leistung, insbesondere für die Produktionseinheit, aus einer Energiespeichereinrichtung entnommen werden, als dies bei Netz- Unterlast der Fall ist, insbesondere bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen. Hierdurch kann eine reduzierte Leistungsabgabe des Stromnetzes durch die Energiespeichereinrichtung ersetzt werden.
Vorzugsweise wird bei Netzüberlast mehr Leistung, insbesondere von der Produktionseinheit und/oder von einer Energiespeichereinrichtung, in das Stromnetz eingeleitet als bei Netzunterlast, insbesondere bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen. Insbesondere wenn die Produktionseinheit den Prozess des Formierens bearbeitet, kann es vorkommen, dass Energie, welche in zu bearbeitenden elektrochemischen Zellen gespeichert ist, aus diesen entnommen wird. Diese kann entweder in eine Energiespeichereinrichtung oder in das Stromnetz eingeleitet werden. Es bietet sich dabei an, im Falle von Netzüberlast mehr Energie in das Stromnetz einzuleiten. Bei Netzunterlast hingegen kann mehr Leistung, insbesondere vom Stromnetz und/oder von der Produktionseinheit in die Energiespeichereinrichtung eingeleitet werden als bei Netzüberlast, insbesondere bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen. Falls also ein größeres Leistungsangebot zur Verfügung steht, kann somit die Energiespeichereinrichtung aufgeladen werden. Alternativ oder in Kombination dazu kann die von der Produktionseinheit abgegebene elektrische Leistung vermehrt in die Energiespeichereinrichtung eingeleitet werden, als dies bei Netzüberlast der Fall wäre. Vorzugsweise wird eine elektrochemische Zelle, welche in einem Betriebszustand in der Produktionsarbeit bearbeitet wird, in einem zeitlich dem Betriebszustand nachfolgenden Betriebszustand als elektrochemische Zelle eine Energiespeichereinrichtung eingesetzt. Insbesondere wenn die Produktions- einheit zur Formierung von elektrochemischen Zellen verwendet wird, können die elektrochemischen Zellen nach der Formierung noch über eine gewisse Zeit in der Batterieproduktionseinrichtung verbleiben und dabei ggf. in einem geladenen oder zumindest teilgeladenen Zustand sich befinden. In einem derartigen Betriebszustand kann die Speicherkapazität der elektrochemischen Zelle zur Speicherung von elektrischer Energie genutzt werden. Dabei kann die elektrochemische Zelle von der Aufnahmeeinrichtung, in der die elektrochemische Zelle während des Produktionsprozesses angebracht war, in eine andere Aufnahmeeinrichtung, insbesondere der Energiespeichereinrichtung örtlich verlagert werden. Alternativ kann die elektrochemische Zelle jedoch auch in der Aufnahmeeinrichtung verbleiben. In einem derartigen Fall ist die Batterieproduktionseinrichtung derart ausgebildet, dass diese auch als Energiespeichereinrichtung, ggf. im Zusammenspiel mit der darin angebrachten elektrochemischen Zelle verwendet werden kann.
Weiterhin hat es sich bei dem Verfahren als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Parameters im Stromnetz und/oder in Abhängigkeit mindestens einer Parameteränderung im Stromnetz für einzelne elektrochemische Zellen oder für Gruppen elektrochemischer Zellen die Formierung eingeleitet oder beendet wird. Nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, mit erfindungsgemäß herstellten elektrochemischen Zellen einer ersten Art, dadurch gelöst, dass bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität zugeführt worden ist. Nach einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, mit erfindungsgemäß herstellten elektrochemischen Zellen einer zweiten Art, dadurch gelöst, dass bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen Energie in einem Bereich von 55 bis 1 15 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen zugeführt worden ist.
Nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Auf- gäbe bei einem Verfahren zur Durchführung eines weiteren Bearbeitungsschrittes an einer Batterie mit erfindungsgemäß herstellten elektrochemischen Zellen einer ersten Art, dadurch gelöst, dass vor dem weiteren Bearbeitungsschritt bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität zugeführt worden ist, wobei vorzugsweise der weitere Bearbeitungsschritt einen Transport der Batterie und/oder eine Montage der Batterie in ein Kraftfahrzeug aufweist.
Nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Durchführung eines weiteren Bearbeitungsschrittes an einer Batterie mit erfindungsgemäß herstellten elektrochemischen Zellen einer zweiten Art, dadurch gelöst, dass vor dem weiteren Bearbeitungsschritt bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen Energie in einem Bereich von 55 bis 1 15 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität zugeführt worden ist, wobei vorzugsweise der weitere Bearbeitungsschritt einen Transport der Batterie und/oder eine Montage der Batterie in ein Kraftfahrzeug aufweist.
Nach einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Energieübertragungs- und/oder Energieverteilungssystem mit einem Stromnetz und einem oder mehreren Kraftwerken, wobei mindestens eines dieser Kraftwerke zur Erzeugung regenerativen Stroms ausgestaltet ist, dadurch gelöst, dass das Energieübertragungs- und/oder Energieverteilungssystem mit mindestens einer Batterieproduktionseinrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung verbunden ist, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn das Kraftwerk aus einer Gruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Windkraftwerk, Solarkraftwerk, Wasserkraftwerk, Erdwärmekraftwerk oder Gezeitenkraftwerk.
Im Folgenden werden Vorteile der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Formierungseinrichtung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Formierungseinrichtung in einer alternativen Ausführungsform,
Fig. 3 ein Kennfeld einer Regelung für den Strombezug in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 4 ein Kennfeld einer Regelung für die Stromabgabe der ersten Aus- führungsform,
Fig. 5 ein Kennfeld einer Regelung für den Strombezug in einer zweiten
Ausführungsform,
Fig. 6 ein Kennfeld einer Regelung für die Stromabgabe der zweiten Ausführungsform,
Fig. 7 ein Kennfeld einer Regelung für den Strombezug in einer dritten Ausführungsform,
Fig. 8 ein Kennfeld einer Regelung für die Stromabgabe der dritten Ausführungsform und
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm zu der Regelung einer Formierungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Formierungseinrichtung 1 als Beispiel für eine erfindungsgemäße Batterieproduktionseinrichtung. Die Formierungseinrichtung 1 umfasst eine Aufnahmeeinrichtung 3 für elektrochemische Zellen 4. Die in der Aufnahmeeinrichtung 3 aufgenommenen elektrochemischen Zellen 4 sind derartige Zellen, an denen innerhalb der Formierungseinrichtung 1 ein Produktions- prozess vorgenommen wird, der im vorliegenden Fall durch das Formieren gebildet sein kann. Es können alternativ oder in Kombination hierzu auch andere Produktionsprozesse durchgeführt werden.
Die Formierungseinrichtung 1 umfasst ferner eine Stromnetzanbindungs- einrichtung 5, welche mit einer bidirektionalen Stromleitung 10 an ein öffentliches Stromnetz 2 angeschlossen ist. Die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 ermöglicht zum Einen den Bezug von elektrischer Leistung aus dem Stromnetz 2. Zum Anderen ermöglicht die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 eine Abgabe von elektrischer Leistung aus der Formierungseinrichtung 1 in das Stromnetz 2 hinein. Die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 ist über eine weitere bidirektionale Stromleitung 10 mit der Aufnahmeeinrichtung 3 verbunden, so dass elektrische Leistung von der Stromnetzanbindungseinrichtung 5 an die Aufnahmeeinrichtung 3 abgegeben werden kann, und elektrische Leistung von der Aufnahmeeinrichtung 3 an die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 abgegeben werden kann.
Die Formierungseinrichtung 1 weist ferner eine Energiespeichereinrichtung 6 auf. In der Energiespeichereinrichtung 6 sind eine Anzahl elektrochemischer Zellen 1 1 angeordnet. Die in der Energiespeichereinrichtung 6 angeordneten elektrochemischen Zellen 1 1 sind vorzugsweise bereits fertig produzierte elektrochemische Zellen, an denen momentan innerhalb der Formierungseinrichtung keinerlei Produktionsprozess durchgeführt wird. Vielmehr dienen die elektrochemischen Zellen 1 1 in der Energiespeichereinrichtung 6 als Einheiten zur Speicherung elektrischer Energie. Die Energiespeichereinrichtung 6 ist über bidirektionale Stromleitungen 10 mit der Aufnahmeeinrichtung 3 und der Strom- netzanbindungseinrichtung 5 verbunden.
Die Formierungseinrichtung 1 weist eine Regelungseinrichtung 7 auf. Die Regelungseinrichtung 7 ist über bidirektionale Datenleitungen 10 mit der Stromnetzanbindungseinrichtung 5, der Aufnahmeeinrichtung 3 sowie der Energiespeichereinrichtung 6 verbunden. Die Regelungseinrichtung 7 kann einzelne Vorgänge innerhalb der genannten Einrichtungen 3, 5, 6 steuern und regeln. Insbesondere kann die Regelungseinrichtung 7 den Fluss elektrischer Leistung innerhalb der Stromleitungen 10 steuern bzw. regeln. Die Regelungseinrichtung 7 ist über eine weitere Datenleitung 8 mit einem Netzauslastungssensor 9 verbunden. Der Netzauslastungssensor 9 ist ausgebildet, eine Netzfrequenz in dem Stromnetz 2 zu ermitteln, so dass Rückschlüsse auf die Netzauslastung innerhalb des Stromnetzes 2 ermittelt werden können. Über eine weitere, nicht dargestellte Datenleitung erhält der Netzauslastungssensor 9 darüber hinaus Daten von dem lokalen Stromnetzanbieter, welcher den Grad der Netzauslastung sowie die momentanen Energiebezugskosten umfassen. Unter Energiebezugs- kosten sind auch negative Energiebezugskosten zu verstehen, nämlich auch die Vergütung seitens des Stromnetzbetreibers für elektrische Leistung, welche von der Formierungseinrichtung in das Stromnetz eingespeist wird.
Figur 2 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Formierungseinrichtung 1 , die weitgehend der Formierungseinrichtung nach Figur 1 entspricht. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Es ist zu erkennen, dass die Aufnahmeeinrichtung und die Energiespeichereinrichtung durch eine gemeinsame Einrichtung gebildet sind. Nach der Formierung werden die zu formierenden elektrochemischen Zellen noch für eine bestimmte Dauer innerhalb der Aufnahmeeinrichtung gelagert. Während dieser Lagerung können die elektrochemischen Zellen, welche zuvor formiert wurden, geladen sein und somit die Aufgaben der elektrochemischen Zellen 1 1 der Energiespeichereinrichtung 6 übernehmen. Insofern sind die elektrochemischen Zellen 1 1 der Energiespeichereinrichtung 6 durch die elektrochemischen Zellen 4 der Aufnahmeeinrichtung 3 gebildet, wenn die Formierung dieser elektrochemischen Zellen 4 abgeschlossen ist.
Anhand der ermittelten Netzauslastung regelt die Regelungseinrichtung den Strombezug bzw. die Stromabgabe der einzelnen Einrichtungen, was unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 8 erläutert wird.
Figur 3 zeigt ein Kennfeld einer Regelung für den Strombezug in einer ersten Ausführungsform. Auf der Abszissenachse ist dabei der Grad der Netz- auslastung D aufgetragen. Dmin bezeichnet dabei beispielhaft einen Zustand der Netzunterlast; Dmax bezeichnet dabei beispielhaft einen Zustand der Netzüberlast.
Die Ordinatenachse bezeichnet die elektrische Leistung W, welche von einzelnen Einrichtungen nachgefragt oder zur Verfügung gestellt wird. Unabhängig von dem Grad der Netzauslastung D benötigt die Aufnahmeeinrichtung eine konstante elektrische Leistung W3. Diese elektrische Leistung W3 kann zum Einen durch die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 aus dem Stromnetz 2 bereitgestellt werden, dargestellt durch die mit W5 bezeichnete Linie. Es ist zu er- kennen, dass die Leistung W5, die vom Stromnetz 2 bezogen wird, größer ist, wenn die Netzauslastung D geringer ist. Ist die Netzauslastung D größer, nimmt die vom Stromnetz 2 bezogene Leistung W5 ab. Um dennoch die konstante nachgefragte elektrische Leistung W3 der Aufnahmeeinrichtung 3 zu befriedigen, wird ersatzweise elektrische Leistung W6 durch die Energiespeichereinrichtung 6 bereitgestellt. Es ist ersichtlich, dass ab einer gewissen Netzüberlast Dma ausschließlich Energie über die Energiespeichereinrichtung 6 bezogen wird. Unterhalb einer gewissen Netzunterlast Dmin hingegen wird Leistung ausschließlich von der Stromnetzanbindungseinrichtung 5 vom Stromnetz 2 entnommen.
Figur 4 zeigt ein Kennfeld einer Regelung für die Stromabgabe der ersten Aus- führungsform. Es können beispielsweise die in der Aufnahmeeinrichtung 3 angeordneten elektrochemischen Zellen 4 entladen werden. Die Leistungskurven befinden sich unterhalb der Abszisse und bezeichnen daher einen Fluss von Leistung in einer Richtung, die dem Fluss von Leistung gemäß der Figur 3 entgegengesetzt ausgerichtet ist. Es ist ersichtlich, dass die Batterieaufnahmeeinrichtung 3 eine elektrische Leistung W3 abgeben kann. Im Falle einer Netzunterlast ist eine Abgabe der elektrischen Leistung an das Stromnetz ungünstig, weshalb mehr elektrische Leistung W6 an die Energiespeichereinrichtung abgegeben wird. Im Falle einer Netzüberlast hingegen wird vermehrt Leistung W5 an das Stromnetz 2 über die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 abgegeben. Es ist auch ersichtlich, dass unterhalb einer bestimmten Netzunterlast Dmin elektrische Leistung ausschließlich an die Energiespeichereinrichtung 6 abgegeben wird, während oberhalb einer gewissen Netzüberlast Dmax elektrische Leistung ausschließlich an das Stromnetz 2 über die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 abgegeben wird. Die Figuren 5 bzw. 6 zeigen Kennfelder einer Regelung für den Strombezug bzw. die Stromabgabe in einer zweiten Ausführungsform. Diese entsprechen weitgehend den Kennfeldern der Figuren 3 und 4, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. In Figur 5 ist zu erkennen, dass bei einer Netzunterlast unterhalb einer bestimmten Netzunterlast Dmin mehr elektrische Leistung W5 über die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 von dem Stromnetz 2 bezogen wird, als elektrische Leistung W3 von der Aufnahmeeinrichtung 3 benötigt wird. Ferner ist zu erkennen, dass unterhalb einer gewissen Netzunterlast Dmin die Leistung W6, die von der Energiespeichereinrichtung bereitgestellt wird, einen negativen Wert annimmt. Dies resultiert daraus, dass ein Überschuss- anteil der Leistung W5, die von der Stromnetzanbindungseinrichtung 5 vom Stromnetz 2 bereitgestellt wird, zum Laden der Energiespeichereinrichtung 6 verwendet wird. Ferner ist zu erkennen, dass oberhalb einer gewissen Netzüberlast Dmax die Energiespeichereinrichtung 6 mehr elektrische Leistung W6 zur Verfügung stellt, als von der Aufnahmeeinrichtung 3 benötigt wird. Ein Über- schussanteil der von der Energiespeichereinrichtung 6 bereitgestellten Leistung wird in das Stromnetz 2 eingeleitet, um zur Stabilisierung der Netzauslastung beizutragen. Wie zu erkennen ist, ist der Betrag der vom Stromnetz bezogenen Leistung W5 negativ, was bedeutet, dass elektrische Leistung an das Stromnetz 2 abgegeben wird. Figur 6 zeigt dabei den Zustand, bei dem die Aufnahmeeinrichtung elektrische Leistung W3 abgeben kann. Es ist zu erkennen, dass unterhalb einer gewissen Netzunterlast Dmin die vom Stromnetz bezogene Leistung W5 einen positiven Wert annimmt. Diese positive Leistung wird an die Energiespeichereinrichtung 6 abgegeben. Es ist zu erkennen, dass die Leistung W6, die an die Energie- speichereinrichtung 6 abgegeben wird, größer ist als die Leistung W3, die von der Aufnahmeeinrichtung 3 abgegeben wird. Ferner ist zu erkennen, dass oberhalb einer gewissen Netzüberlast Dma ein Überschuss an elektrischer Leistung W6 an das Stromnetz 2 abgegeben werden kann, so dass die gesamte an das Stromnetz 2 über die Stromnetzanbindungseinrichtung 5 abgegebene Leistung W5 größer ist als die von der Aufnahmeeinrichtung 3 bereitgestellte elektrische Leistung W3.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Kennfelder einer Regelung für den Strombezug bzw. die Stromabgabe in einer dritten Ausführungsform. Diese entsprechen weitgehend den Kennfeldern der Figuren 5 und 6, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Es ist zu erkennen, dass die von der Aufnahmeeinrichtung 3 benötigte elektrische Leistung W3 in Abhängigkeit von der Netzauslastung D variiert. So wird von der Regelungseinrichtung die von der Aufnahmeeinrichtung 3 benötigte Leistung W3 verringert, wenn eine hohe Netzauslastung D vorliegt, wie in Figur 7 dargestellt. Bei einer geringen Netzaus- lastung wird die von der Aufnahmeeinrichtung 3 benötigte Energie W3 erhöht. Analog kann, wie in Figur 8 gezeigt, die Regelungseinrichtung derart implementiert sein, dass die Aufnahmeeinrichtung 3 bei Netzüberlast mehr elektrische Leistung W3 abgibt, als bei Netzunterlast, wie in Figur 8 dargestellt.
Figur 9 zeigt ein Ablaufdiagramm zu einer Regelung der Formierungseinrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S1 werden Parameterdaten in Bezug auf das Angebot elektrischer Leistung in einem Stromnetz 2 erfasst und in einem Schritt S2 werden die erfassten Parameterdaten einer Regelungseinheit 7 zugeführt, in der mittels der erfassten Parameterdaten in einem Schritt S3 ein Entscheidungswert gebildet wird. Nachfolgend wird in einem Schritt S4 bestimmt, ob der Entscheidungswert größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn die Bestimmung in dem Schritt S4 ergibt, dass der Entscheidungswert größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird in einem Schritt S5 elektrische Energie aus dem Stromnetz 2 der Formierungseinrichtung 1 zugeführt. Wenn hingegen die Bestimmung in dem Schritt S4 ergibt, dass der Entscheidungswert nicht größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wird in einem Schritt S5 elektrische Energie aus der Formierungseinrichtung 1 in das Stromnetz 2 abgeführt. Weiterhin ist es auch möglich, dass weder Strom aus dem Stromnetz 1 der Formierungseinrichtung 1 zugeführt noch Strom aus Formierungseinrichtung 1 in das Stromnetz 2 abgeführt wird, wenn sich der Ent- scheidungswert in einem vorbestimmten Wertebereich um dem Schwellenwert befindet.
Weiterhin ist es auch möglich, dass nach der Erfassung der Parameterdaten der Entscheidungswert gebildet wird und nachfolgend der gebildete Entscheidungswert der Regelungseinheit 7 zugeführt. Unter Parameterdaten soll in diesem Zu- sammenhang nicht nur eine Mehrzahl an Parameterdaten, sondern gegebenenfalls auch ein einzelnes Parameterdatum verstanden werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie, welche diese elektrochemischen Zellen aufweist, insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese elektrochemischen Zellen auf- weist.
Bezugszeichenliste
1 Formierungseinrichtung
2 Stromnetz
3 Aufnahmeeinrichtung
4 Elektrochemische Zelle
5 Stromnetzanbindungseinrichtung
6 Energiespeichereinrichtung
7 Regelungseinrichtung
8 Datenleitung
9 Netzauslastungssensor
10 Stromleitung
1 1 Elektrochemische Zelle
D Netzauslastung
W Leistung
51 Erfassen von Parameterdaten über das Leistungsangebot im Stromnetz
52 Zuführen der erfassten Parameterdaten an eine Regelungseinrichtung
53 Bilden eines Entscheidungswertes aus den erfassten Parameterdaten S4 Bestimmen, ob der Entscheidungswert größer als ein vorbestimmter
Schwellenwert ist
55 Beziehen elektrischer Energie aus dem Stromnetz
56 Zuführen elektrischer Energie in das Stromnetz

Claims

Patentansprüche
Batterieproduktionseinrichtung, insbesondere Formierungseinrichtung (1) zur Formierung elektrochemischer Zellen (4), aufweisend eine Produktionseinheit, insbesondere eine Aufnahmeeinrichtung (3) zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Zelle (4), insbesondere mehrerer elektrochemischer Zellen (4), eine Stromnetzanbindungsein- richtung (5), mittels derer die Batterieproduktionseinrichtung elektrische Energie, die vorzugsweise regenerativ erzeugt wird, von einem Stromnetz (2), insbesondere einem öffentlichen Stromnetz, beziehen kann und elektrische Energie an das Stromnetz abgeben kann, eine Regelungseinrichtung (7) zur Regelung von zumindest Teilen der Batterieproduktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (7) derart ausgebildet ist, dass die vom Stromnetz (2) bezogene elektrische Energie und/oder die an das Stromnetz (2) abgegebene elektrische Energie in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz (2) und/oder in Abhängigkeit mindestens eines den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierenden Parameters und/oder in Abhängigkeit mindestens einer den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierenden Parameteränderung geregelt werden kann, insbesondere in Abhängigkeit des temporären Leistungsangebotes im Stromnetz (2) geregelt werden kann.
Batterieproduktionseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameter aus einer Parametergruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungsein- richtung (5), Spannung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Spannung im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenz im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Frequenz im Stromnetz (2) an einem Sensor, Frequenz im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenz im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage.
Batterieproduktionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zustand des Stromnetzes charakterisierende Parameteränderung aus einer Parameteränderungsgruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannungsänderung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenzänderung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Frequenzänderung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Frequenzänderung im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenzänderung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (7) und/oder die Stromnetzanbindungseinrichtung (5) an einem Bezug von teilweise oder vollständig regenerativ erzeugter elektrischer Energie aus dem Stromnetz (2) angepasst und ausgebildet sind.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieproduktionseinrichtung ausgebildet ist, bei einem Ladezyklus elektrochemischen Zellen (4) einer ersten Art Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität der elektrochemischen Zellen (4) der ersten Art zuzuführen.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieproduktionseinrichtung ausgebildet ist, bei einem Ladezyklus elektrochemischen Zellen (2) einer zweiten Art Energie in einem Bereich von 55 bis 115 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität der elektrochemischen Zellen (2) der zweiten Art zuzuführen.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Energiespeichereinrichtung (6).
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung (6) und die Produktionseinheit (3) durch eine gemeinsame Einrichtung gebildet sind.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieproduktionseinrichtung einen Netzauslastungssensor (9) aufweist, der insbesondere eine Netzüberlast und/oder eine Netzunterlast des Stromnetzes (2) erkennen kann.
Batterieproduktionseinrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieproduktionseinrichtung ausgestaltet ist, in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz (2) und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Parameters im Stromnetz (2) und/oder in Abhängigkeit mindestens einer Parameteränderung im Stromnetz (2) für einzelne elektrochemische Zellen (4) oder für Gruppen elektrochemischer Zellen (4) die Formierung einzuleiten oder zu beenden.
Verfahren zur Regelung einer Batterieproduktionseinrichtung, insbesondere Formierungseinrichtung (1) zur Formierung elektrochemischer Zellen (4), aufweisend eine Produktionseinheit, insbesondere eine Auf- nahmeeinrichtung (3) zur Aufnahme zumindest einer elektrochemischen Zelle (4), insbesondere mehrerer elektrochemischer Zellen (4), eine Stromnetzanbindungseinrichtung (5), mittels derer die Batterieproduktionseinrichtung elektrische Energie, die vorzugsweise regenerativ erzeugt wird, von einem Stromnetz (2), insbesondere einem öffentlichen Stromnetz, beziehen kann und elektrische Energie an das Stromnetz abgeben kann, eine Regelungseinrichtung (7) zur Regelung von zumindest Teilen der Batterieproduktion, dadurch gekennzeichnet, dass ein Angebot an elektrischer Leistung im Stromnetz (2) und/oder mindestens ein den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierender Parameter und/oder mindestens eine den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierende Parameteränderung erfasst wird und anhand des er- fassten Leistungsangebotes im Stromnetz (2) und/oder anhand des erfassten Parameters und/oder anhand der erfassten Parameteränderung der Umfang von Energie festgelegt wird, der vom Stromnetz (2) bezogen und/oder an das Stromnetz (2) abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierende Parameter aus einer Parametergruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Spannung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Spannung im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenz im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Frequenz im Stromnetz (2) an einem Sensor, Frequenz im Stromnetz (2) einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenz im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zustand des Stromnetzes (2) charakterisierende Parameteränderung aus einer Parameteränderungsgruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Spannungsänderung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einem Großverbraucher elektrischer Energie, Spannungsänderung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage, Frequenzänderung im Stromnetz (2) an der Stromnetzanbindungseinrichtung (5), Frequenzänderung im Stromnetz (2) an einem Sensor, Frequenzänderung im Stromnetz (2) einem Großverbraucher elektrischer Energie, Frequenzänderung im Stromnetz (2) an einer Stromerzeugungsanlage.
Verfahren nach einem Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (7) und/oder die Stromnetzanbindungseinrichtung (5) an einem Bezug von teilweise oder vollständig regenerativ erzeugter elektrischer Energie aus dem Stromnetz (2) angepasst und ausgebildet sind.
Verfahren nach einem Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezyklus den elektrochemischen Zellen (2) einer ersten Art Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität der elektrochemischen Zellen (4) der ersten Art zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezyklus den elektrochemischen Zellen (2) einer zweiten Art Energie in einem Bereich von 55 bis 115 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität der elektrochemischen Zellen (4) der zweiten Art zugeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsangebot im Stromnetz (2) anhand von Messungen der Netzfrequenz ermittelt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsangebot im Stromnetz (2) statistisch ermittelt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzunterlast (Dmin) mehr Leistung, insbesondere für die Produktionseinheit und/oder für eine Energiespeichereinrichtung, aus dem Stromnetz (2) entnommen wird als bei Netzüberlast (Dmax).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzüberlast (Dmax) mehr Leistung, insbesondere für die Produktionseinheit, aus einer Energiespeichereinrichtung entnommen wird als bei Netzunterlast.
21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzüberlast (Dmax) mehr Leistung, insbesondere von der Produktionseinheit und/oder von einer Energiespeichereinrichtung, in das Stromnetz (2) eingeleitet wird als bei Netzunterlast (Dmin).
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzunterlast (Dmin) mehr Leistung, insbesondere von Stromnetz (2) und/oder von der Produktionseinheit, in die Energiespeichereinrichtung eingeleitet wird als bei Netzüberlast (Dmax).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Betriebszustand in der Produktionseinheit bearbeitete elektrochemische Zelle (4) in einem zeitlich nachfolgenden Betriebszustand als elektrochemische Zelle (1 1 ) einer Energiespeichereinrichtung (6) eingesetzt wird. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Leistungsangebotes im Stromnetz (2) und/oder in Abhängigkeit mindestens eines Parameters im Stromnetz (2) und/oder in Abhängigkeit mindestens einer Parameteränderung im Stromnetz (2) für einzelne elektrochemische Zellen (4) oder für Gruppen elektrochemischer Zellen (4) die Formierung eingeleitet oder beendet wird.
Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, mit nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 24 herstellten elektrochemischen Zellen (4) einer ersten Art, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen (4) Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen (4) zugeführt worden ist.
Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, mit nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 24 herstellten elektrochemischen Zellen (4) einer zweiten Art, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen (4) Energie in einem Bereich von 55 bis 1 15 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität dieser elektrochemischen Zellen (4) zugeführt worden ist.
Verfahren zur Durchführung eines weiteren Bearbeitungsschrittes einer Batterie mit nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 24 herstellten elektrochemischen Zellen (4) einer ersten Art, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem weiteren Bearbeitungsschritt bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen (4) Energie in einem Bereich von 50 bis 70 % der Nennladekapazität zugeführt worden ist, wobei vorzugsweise der weitere Bearbeitungsschritt einen Transport der Batterie und/oder eine Montage der Batterie in ein Kraftfahrzeug aufweist. Verfahren zur Durchführung eines weiteren Bearbeitungsschrittes einer Batterie mit nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 24 herstellten elektrochemischen Zellen (4) einer zweiten Art, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem weiteren Bearbeitungsschritt bei einem Ladezyklus diesen elektrochemischen Zellen (4) Energie in einem Bereich von 55 bis 115 % der Nennladekapazität, vorzugsweise in einem Bereich von 84 bis 94 % der Nennladekapazität und insbesondere mit 89 % der Nennladekapazität zugeführt worden ist, wobei vorzugsweise der weitere Bearbeitungsschritt einen Transport der Batterie und/oder eine Montage der Batterie in ein Kraftfahrzeug aufweist.
Energieübertragungs- und/oder Energieverteilungssystem mit einem Stromnetz (2) und einem oder mehreren Kraftwerken, wobei mindestens eines dieser Kraftwerke zur Erzeugung regenerativen Stroms ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieübertragungsund/oder Energieverteilungssystem mit mindestens einer Batterieproduktionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verbunden ist.
Energieübertragungs- und/oder Energieverteilungssystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Erzeugung regenerativen Stroms ausgestaltete Kraftwerk aus einer Gruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: Windkraftwerk, Solarkraftwerk, Wasserkraftwerk, Erdwärmekraftwerk, Wellenkraftwerk oder Gezeitenkraftwerk.
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