电池制造设备的制作方法

专利名称：电池制造设备的制作方法
电池制造设备描述本发明涉及电池制造设备，特别是用于电化学电池成型的成型设备(Formierungseinrichtung)0可再生能量，例如风能或者太阳能，具有功率供给不稳定这一缺点。在适当的天气条件下，风力发电设备或者太阳能发电设备能够输出较高的功率，然而当天气条件相应改变时，功率供给可能在较短时间内降低到非常低的值。这种波动在电网的功率供给中，特别可能在有大量消耗电能的用电器时候时会导致能量供应不足。此外，供应不足可能导致能量有关的成本暂时上升。电池制造设备必须适应波动的功率供给，该电池制造设备还需要电能用于电池充电。
DE I 671 821公开了用于蓄电池成型的设计。包含在蓄电池中的能量能够在没有其他额外电源时毫无损失的回流到交流电网中。本发明的任务在于，提供一种改进了的电池制造设备。该任务通过一种电池制造设备完成，特别是通过一种用于电化学电池成型的成型设备完成，该电池制造设备包括制造单元，特别是用于容纳至少一个电化学电池的容纳设备，特别是容纳多个电化学电池的容纳设备；电网连接设备，电池制造设备能够通过该电网连接设备从电网，特别是从公共电网中获得电能，并能够将电能输出到电网中。电池制造设备的控制设备，其被用来控制至少部分的电池制造。控制设备以如下方式构成，即从电网中获取的能量和/或输出到电网中的能量能够依赖于电网中的功率供给来控制。功率供给特指暂时的功率供给。电池制造设备在本发明的范畴中被理解为如下设备，即能够应用于电化学电池或包括至少一个电化学电池的电池装置的制造范围中的设备。可能情况下使用能量和其他工作介质，直至完成电化学电池或包括至少一个电化学电池的电池装置作为能够依常规使用的完成产品时，电化学电池或包括至少一个电化学电池的电池装置的制造在这种情况下与天然或预制原料的传递过程有关。直接的制造过程发生在制造单元内。其他设备，如控制设备或电网连接设备，并不直接参与到该过程中。电化学电池的成型可被看作电池制造的重要组成部分。这种成型能够用于在电化学电池的电极上产生特殊的表面层，其中，并不在电化学电池上强制进行实质性的机械改变。电化学电池的成型能够包括电化学电池的多次充电和放电。其中，用于待成型的电化学电池的容纳设备代表了可能的制造单元。在本发明范畴中，电化学电池被理解为如下设备，即还用于存储化学能和输出电能的设备。为此，依据本发明的电化学电池可至少具有电极堆栈或电极线轴，该电极线轴借助其包封以气密和液密封装的方式来实现封装。还能够将该电化学电池设计为在充电时吸收电能。这就是所谓的二次电池或充电电池。通过控制设备能够依赖于功率供给来控制所获取的或发出的电能，电池制造设备能够适应功率供给的波动。在这种情况下能够被设计成，在功率供给较高时，将比功率供给较低时得到更多的电功率。此外，还能够被设计成，当功率供给较高时将较少的功率输出到电网中，或者在功率供给较低时将较多的电功率输出到电网中。在网络欠载时可有较高的功率供给，而在网络过载时可有较低的功率供给。在电化学电池成型过程中，电能从能量源，特别是从电网或能量存储设备中取得。这些能量中的大部分需要充入电化学电池。除了各种损耗之外，上述能量因此并不被消耗，而仅仅是转变成化学能。在另一时间点上，待成型的电化学电池再次放电，从而使电能可供使用。由于大规模的(groPtechnisch)待成型的电化学电池的数量众多，电池制造设备的控制根据所取得的或发出的功率来提供一定量的功率来稳定电网。此外，当电网欠载时或者当电网过载时被馈入电网的功率的费用高时，使用合算的 制造功率成本能够产生成本优势。电池制造设备最好具有能量存储设备。能量存储设备这一概念能够在此被理解为如下设备，其特别能够为了稍后的使用或另外的输出而存储能量。能量存储设备能够将电能转化为其他能量形式，例如机械能和/或化学能。最好可设有将能量向电能的回转(Rilckumwandlung)。能量存储设备最好能够包括多个电化学电池,特别是二次电池。通过提供能量存储设备，需要电能的电池制造设备的一部分，特别是制造单元能够不依赖于电网中的功率供给至少暂时得到足够的功率供应，因为功率能够可选地通过能量存储设备来提供。同样地，制造单元在某些工作状态下能够不依赖于电网中的功率供给而输出电能，因为制造单元也能够将电能输出到能量存储设备。当暂时的功率供给合适于获取功率时，那么电池制造设备能够从电网中获得大量功率，并且当在该时间点上制造单元没有对于功率的需求或者仅有很小规模的需求时，所述功率还可被导入能量存储设备中。存储在能量存储设备中的能量能够在任意时间点使用于制造单元。可选地，存储在能量存储设备中的能量能够在任意时间点输出到电网。一个或者多个电化学电池能够是能量存储设备的组成部分。优选地，能量存储设备和制造单元由一个共用的设备形成。在此最好能够假设，能量存储设备或制造单元分别由同类组件形成。可选地或者与之组合地能够假设，可根据工作状态将电池制造设备的一个组件分配给能量存储设备或者分配给制造单元。在其他工作状态下，所述组件能够分别分配给其他近似的制造单元或能量存储设备。这特别适合用于电化学电池的容纳设备，待成型的电池能够在工作状态下安装在该容纳设备中。在电化学电池的成形的时间下游的工作状态下，在之前工作状态下成型的电化学电池能够继续停留在容纳设备中，即使成型过程已经结束也是如此。在该工作状态下，电化学电池能够用于能量存储。容纳设备上安装有为能量存储而设的电化学电池装备，因此在该工作状态下所述容纳设备承担了能量存储的功能，并在可能的情况下与电化学电池相互配合。所以，在电池制造设备的范畴中，可仅仅借助观察瞬时功能在能量存储设备和制造单元之间进行区别。优选地，电池制造设备包括网络负载传感器(Netzauslastungssensor),其特别能够识别电网的网络过载和/或网络欠载。根据所确定的网络过载和/或网络欠载能够推断电网中的功率供给。网络负载传感器能够确定例如电网的网络频率。网络负载传感器能够被实现为软件模块和/或构成为控制设备的组件。当电功率过剩时，能够致使网络频率升高；当供应不足时，能够导致网络频率下降。可选择地，网络负载传感器还能够是数据处理单元，该数据处理单元最好能够评估所准备的网络负载数据并能够推断出网络负载，其中所述网络负载数据能够从外界通过通信线路传输到电池制造设备。此类网络负载数据还能够包括当前的和/或以后的电能的获得成本(Beschaffungkost)的值。
本发明的基本任务通过用于控制电池制造设备，特别是用于控制电化学电池成型的成型设备的方法得以完成，其中所述电池制造设备包括制造单元，特别是用于容纳至少一个电化学电池的容纳单元，特别是容纳多个电化学电池的容纳单元；电网连接设备，电池制造设备能够借助该电网连接设备从电网中犹取电能，并能够将电能输出到电网中；控制设备，其用于控制至少部分的电池制造。在这种情况下，获得电网中的电功率供给，即功率输出，并根据所获得的功率供给确定从电网中获得和/或输出到电网中的能量的量。电网中的功率供给能够以网络负载传感器来确定。能够通过其他参数影响待获取的和/或待输出的能量的量。由此得到已经关于电池制造设备所提到的优点。电网中的功率供给最好根据对网络频率的测量来确定。在此最好确定暂时的、即在测量网络频率的时间点上存在的功率供给。可选地或者与之组合地，电网中的功率供给能够在统计学上得以确定。在此，能够确定暂时的功率供给。可选地或与之组合地，还能够确定任意时间点上的，特别是未来时间点上的功率供给。在此，在进一步顾及到可能情况下偏离的基本条件时，例如能够考虑到较早前时间点上的可对比的基本条件下的功率供给。
最好在当网络过载时比网络欠载时从电网中获取更多的电能。为了比较，能够分别考虑实质上几乎相同的电池制造设备的工作状态，其仅通过网络过载或网络欠载的存在来相互区别。其中在控制之内能够实现如下功能，该功能用于使得部分电池制造设备在网络欠载的情况下从能量存储设备中获取比网络过载的情况下更多能量。可选地或者组合地，能够在控制之内实现如下功能，该功能用于使得在网络过载情况下比向部分电池制造设备提供比在网络欠载情况下更少的能量，或者在网络过载情况下部分电池制造设备需要比在网络欠载情况下更少的功率。网络欠载和网络过载的概念应该理解为相对的概念，并最好是涉及电网的两个状态，其中，在网络过载情况下，电网的功率供给低于网络欠载的情况，或者在网络欠载情况下，电网的功率供给大于相应的其他状态。这当然还包括绝对网络过载或绝对网络欠载的状态，其中，在电网中需要的功率总量大于或小于在电网中提供使用的功率的总量。当网络欠载时最好从电网中获取比网络过载时(特别是在其他方面保持不变的条件下)更多的功率。所获取的功率最好被输送给制造单元和/或能量存储设备。就此而言，通过提高的功率接收来应对电网中可能的功率过剩，由此能够给制造单元供应更多功率。可选地或者组合地，能量存储设备能够被提供更多功率，当电网中的功率供给在另一个时间点上较低时则上述功率能够被提供给制造设备。在网络过载的情况下，能够相比于网络欠载(特别是在其他方面保持不变的条件下)时从能量存储设备中获取更多的功率，特别用于制造单元。由此，电网中被降低的功率供给能够通过能量存储设备补偿。在网络过载的情况下，最好能够相比于网络欠载(特别是在其他条件保持不变的条件下)时从制造单元和/或从能量存储设备将更多的功率导入电网。特别地，当制造单元处理成型过程时，能够出现将被存储在待处理的电化学电池中的能量从该电化学电池中取出的情况。所述能量能够被导入能量存储设备中或者被导入电网中。因此，当网络过载时提供了更多要输出到电网的能量。在网络欠载的情况下，相比于网络过载(特别是在其他条件保持不变的条件下)时，能够特别从电网和/或制造单元将更多功率导入能量存储设备。一旦有较多的功率供给供使用，能量存储设备能够因此充电。可选地或者与之组合地，从制造单元输出的电功率能够比在网络过载的情况下成倍地被导入能量存储设备中。在生产工作中被加工的、处于工作状态下的电化学电池，其最好在一个就时间而言在所述工作状态之后的工作状态下用作能量存储设备的电化学电池。特别地，当制造单元用于电化学电池成型时，电化学电池能够在成型后还停留在电池制造设备中一段时间，并且在可能情况下处于已充电或至少部分充电的状态下。在此类工作状态下，电化学电池的存储容量能够用于存储电能。在这种情况下，容纳设备的电化学电池(电化学电池在制造过程的同时安装在该容纳设备中)能够在位置上转移到特别是能量存储设备的另一容纳设备中。然而可选地，电化学电池还能够停留在容纳设备中。在这种情况下，电池制造设备以如下方式构成，即其还能够作为能量存储设备使用，可能情况下与安装在其中的电化学电池相互配合使用。随后的说明书结合附图
表现了本发明的其他优点、特征和使用可能性。其中图I示出了依据本发明的成型设备的框图； 图2示出了在一可选实施方式中的依据本发明的成型设备的框图；图3示出了在第一实施方式中对获取功率的控制的特征曲线；图4示出了在第一实施方式中对输出功率的控制的特征曲线；图5示出了在第二实施方式中对获取功率的控制的特征曲线；图6示出了在第二实施方式中对输出功率的控制的特征曲线；图7示出了在第三实施方式中对获取功率的控制的特征曲线；图8示出了在第三实施方式中对输出功率的控制的特征曲线。图I展示了成型设备I作为依据本发明的电池制造设备的例子。该成型设备I包括用于电化学电池4的容纳设备3。容纳在容纳设备3中的电化学电池4是如下类型的电池，即在成型设备I之内在该电池上进行制造过程，该制造过程能够在上述情况下通过成型来构成。可选地或与之组合地，此处还能够实施其他制造过程。成型设备I还包括电网连接设备5，其使用双向的电力线10与公共电网2相连。电网连接设备5 —方面实现从电网2中获取电功率。而另一方面，电网连接设备5实现了将电功率从成型设备I输出到电网2中。电网连接设备5通过另外的双向的电力线10与容纳设备3相连，从而使得电网连接设备5的电功率能够输出到容纳设备3，并且容纳设备3的电功率能够输出到电网连接设备5。成型设备I还具有能量存储设备6。在能量存储设备6中安装一些电化学电池11。安装在能量存储设备6中的电化学电池11最好是已经制造完成的电化学电池，当前在成型设备之内在这些电池上并不进行制造过程。更确切的说，电化学电池11在能量存储设备6中被用作存储电能的单元。能量存储设备6通过双向的电力线10与容纳设备3和电网连接设备5相连。成型设备I具有控制设备7。控制设备7通过双向的数据线路10与电网连接设备5、容纳设备3以及能量存储设备6相连。控制设备7能够控制并调节上述设备3、5、6之内的各自的过程。控制设备7最好能够控制或调节在电力线10内的电功率流。控制设备7通过另一条数据通道8与网络负载传感器9相连。网络负载传感器9被设计用于确定电网2中的网络频率，从而使得能够确定推断出电网2之内的网络负载。此外，网络负载传感器9通过另一个未示出的数据通道从本地电网供应商获取数据，该数据包括网络负载的程度以及当前的能量获取成本。能量获取成本还被理解为负的能量获取成本，即电网运营商方面对电功率的补偿，所述电功率是由成型设备馈送给电网的。图2展示了根据本发明的成型设备I的框图，所述成型设备I很大程度上与根据图I的成型设备相符。下文中仅讨论不同点。其中要认识到的是，容纳设备和能量存储设备通过共用的设备构成。在成型之后，待成型的电化学电池还被放置在容纳设备内一段时间。在放置的同时，之前已经成型好的电化学电池能够充电，并因此承担能量存储设备6的电化学电池11的任务。当电化学电池4的成型结束时，就此而言能量存储设备6的电化学电池11通过容纳设备3的电化学电池4构成。控制设备根据所确定的网络负载来控制各个设备的功率获取或功率输出，这参考图3至图8来说明。图3展示了在第一实施方式中对获取功率的控制的特征曲线。其中在横坐标轴上标注网络负载D的程度。在这种情况下DS/>通过举例方式标出网络欠载的状态；而在这种 情况下04±通过举例方式标出网络过载的状态。纵坐标轴标明各个设备需要的或者提供的电功率W。不依赖于网络负载D的程度，容纳设备需要恒定的电功率W3。电功率W3 —方面能够通过电网连接设备5由电网2提供，这通过以W5标明的曲线来得以说明。其中要认识到的是，当网络负载D较低时，从电网2中获得的功率W5较大。当网络负载D较大时，从电网2获取的功率W5降低。然而为了满足容纳设备3的恒定地需要的电功率胃3，通过能量存储设备6来提供补偿电功率W6。很明显，自某一网络过载D 起，仅通过能量存储设备6获取能量。相反地，在某一网络欠载DS/j、之下，仅通过电网连接设备5从电网2获取功率。图4展示了在第一实施方式中对输出功率的控制的特征曲线。例如，能够将安装在容纳设备3中的电化学电池4放电。功率曲线位于横坐标下方，并在如下方向上标明功率流，该方向反向对齐根据图3的功率流。明显地，电池容纳设备3能够输出电功率W3。在网络欠载的情况下，向电网输出电功率是不适宜的，因此，更多的电功率W6被输出到能量存储设备。相反地，在网络过载的情况下，更多功率W5通过电网连接设备5输出到电网2。还明显的是，在确定的网络欠载DS/>以下，电功率仅仅输出到能量存储设备6，与此相对地，在某一网络过载以上，电功率通过电网连接设备5仅仅输出到电网2。图5或图6展示了在第二实施方式中对获取功率或输出功率的控制的特征曲线。它们很大程度上与图3和图4的特征曲线相符，因此下文仅讨论不同点。由图5可知，当网络欠载时，在确定的网络欠载DS/>以下，通过电网连接设备5从电网2中获取比容纳设备3中所需的电功率W3更多的电功率W5。此外还要认识到的是，在某一网络欠载Du、以下，从能量存储设备提供的功率W6取负值。由此得出，从电网2由电网连接设备5提供的功率W5的过剩部分用于能量存储设备6的充电。此外要认识到的是，在某一网络过载以上，能量存储设备6提供比容纳设备3所需的更多的电功率W6。能量存储设备6提供的功率中过剩的部分将导入电网2中，以便用于促进网络负载的稳定。如已认识到的那样，从电网中获取的功率W5为负值，这意味着，电功率被输出到电网2。图6展示了一种状态，容纳设备在该状态下能够输出电功率W3。要认识到的是，在某一网络欠载D以下，从电网中获取的功率W5取正值。正功率输出到能量存储设备6。要认识到的是，输出到能量存储设备6的功率W6大于从容纳设备3输出的功率W3。此外还要认识到的是，在某一网络过载以上，过剩的电功率W6能够输出到电网2，从而使得通过电网连接设备5输出到电网2的总功率W5大于容纳设备3提供的电功率W3。图7或图8展示了在第三实施方式中对获取功率或输出功率的控制的特征曲线。它们很大程度上与图5和图6的特征曲线相符，因此下文中仅讨论不同点。要认识到的是，容纳设备3所需的电功率W3依赖于网络负载D发生变化。因此当如图7所示，存在较高网络负载D时，容纳设备3所需的功率W3通过控制设备减小。当网络负载较低时，容纳设备3所需的能量W3将升高。类似地，如图8所示，控制设备能够以如下方式实施，即如图8所示，容纳设备3在网络过载时输出比网络欠载时更多的电功率W3。附图标记表
I成型设备2电网3容纳设备4电化学电池5电网连接设备6能量存储设备7控制设备8数据通道9网络负载传感器10电力线11电化学电池D网络负载W功率
权利要求
1.一种电池制造设备，特别是用于电化学电池(4)成型的成型设备(1)，所述电池制造设备包括 制造単元，特别是用于容纳至少ー个电化学电池(4)的容纳设备(3)，特别是容纳多个电化学电池(4)的容纳设备(3)， 电网连接设备(5)，所述电池制造设备能够借助所述电网连接设备(5)从电网(2)，特别是从公共电网中获得电能，并能够将电能输出到电网中， 控制设备(7 )，所述控制设备(7 )用于控制至少部分的电池制造， 其特征在干， 所述控制设备(7)以如下方式构成，即从所述电网(2)中获取的电能和/或输出到所述电网(2)的电能能够依赖于所述电网中的功率供给来控制，特别是能够依赖于所述电网中的暂时功率供给来控制。
2.根据前ー权利要求所述的电池制造设备， 其特征在干， 所述电池制造设备包括能量存储设备(6 )。
3.根据权利要求2所述的电池制造设备， 其特征在干， 所述能量存储设备(6 )和所述制造単元(3 )通过共用的设备构成。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的电池制造设备， 其特征在干， 所述电池制造设备包括网络负载传感器(9)，所述网络负载传感器(9)特别能够识别所述电网(2)中的网络过载和/或网络欠载。
5.一种控制电池制造设备的方法，特别是控制用于电化学电池(4)成型的成型设备(I)的方法， 所述电池制造设备包括 制造単元，特别是用于容纳至少ー个电化学电池(4)的容纳单元(3)，特别是容纳多个电化学电池(4)的容纳单元(3)， 电网连接设备(5)，所述电池制造设备能够借助所述电网连接设备(5)从电网(2)，特别是从公共电网中获得电能，井能够将电能输出到所述电网中， 控制设备(7 )，所述控制设备(7 )用于控制至少部分的电池制造， 其特征在干， 获得在所述电网(2)中的电功率供给，根据所获得的功率供给来确定从所述电网(2)中获得的能量的量和/或输出到所述电网(2)中的能量的量。
6.根据前ー权利要求所述的方法， 其特征在干， 根据对网络频率的測量来确定所述电网中的功率供给。
7.根据权利要求5至6中任意一项所述的方法， 其特征在干， 所述电网中的功率供给在统计学上得以确定。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的方法，其特征在干， 在网络欠载(Di+)时从所述电网中获取比网络过载(Di±)时更多的功率，特别用于所述制造単元和/或用于能量存储设备。
9.根据权利要求5至8中任意一项所述的方法， 其特征在干， 在网络过载(Di±)时从能量存储设备中获取比网络欠载(Di+)时更多的功率，特别用于所述制造単元。
10.根据权利要求5至9中任意一项所述的方法， 其特征在干， 在网络过载(Di±)时将比在网络欠载(Di+)时，更多的功率特别从所述制造単元和/或从能量存储设备馈入到所述电网中。
11.根据权利要求5至10中任意一项所述的方法， 其特征在干， 在网络欠载(Di+)时将比在网络过载(Di±)时，更多的功率特别从所述电网和/或从所述制造单元馈入到所述能量存储设备中。
12.根据权利要求5至11中任意一项所述的方法， 其特征在干， 在所述制造単元中被加工的、处于工作状态下的电化学电池(4)在一个就时间而言之后的工作状态下用作能量存储设备(6 )的电化学电池(11)。
全文摘要
一种电池制造设备，特别是用于电化学电池(4)成型的成型设备(1)，其包括制造单元，特别是用于容纳至少一个电化学电池(4)的容纳设备(3)，特别是容纳多个电化学电池(4)的容纳设备(3)；电网连接设备(5)，电池制造设备能够借助该电网连接设备从电网(2)，特别是从公共电网中获得电能，并能够将电能输出到电网中；控制设备(7)，其用于控制至少部分的电池制造，其特征在于，所述控制设备(7)以如下方式构成，即从电网(2)中获取的电能和/或输出到电网(2)中的电能能够依赖于电网中的功率供给来控制，特别能够依赖于电网中的暂时功率供给来控制。
文档编号H01M10/04GK102668216SQ201080052091
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月11日 优先权日2009年11月20日
发明者安德里斯·古奇, 蒂姆·谢弗 申请人:锂电池科技有限公司