DE102010036087A1 - Method for supplying electrical load i.e. lithium-ion battery, with electrical energy in electric car, involves partially transmitting electrical energy to electrical load that is supplied with energy without immediate loading of supply net - Google Patents

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Abstract

The method involves loading an electrical energy storage device (7) with electrical energy between an electrical energy supply net (1) and an electrical load (15) i.e. lithium-ion battery. The energy is transferred by the supply net, partially transmitted to the load and stored in the storage device. The load is supplied with the electrical energy without immediate loading of the supply net, where charging of the storage device with average electrical charging power is less than transmitted mean electric power while supplying the load to the electric power. An independent claim is also included for an arrangement for supplying an electrical load with electrical energy, comprising an electrical energy storage device.

Description

In Zukunft werden in Haushalten neben herkömmlichen Verbrauchern auch neuartige Energieverbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen sein. Solche Verbraucher sind beispielsweise elektrisch betriebene Automobile (Elektrofahrzeuge), welche an den in klassischen Wohngebieten vorhandenen Energieversorgungsnetzen mit elektrischer Energie versorgt werden sollen. Da die Akkumulatoren solcher Elektrofahrzeuge eine beachtliche elektrische Kapazität aufweisen können, beispielsweise 30 kWh, besteht die Gefahr, dass beim Anschluss dieser Verbraucher an das Energieversorgungsnetz dieses überlastet wird. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig geladen werden sollen oder wenn die Ladung mit hoher Leistung erfolgen soll.In the future, in households in addition to conventional consumers and novel energy consumers will be supplied with electrical energy. Such consumers are, for example, electrically powered automobiles (electric vehicles) which are to be supplied with electrical energy at the power supply networks existing in classical residential areas. Since the accumulators of such electric vehicles can have a considerable electrical capacity, for example 30 kWh, there is the danger that when these consumers are connected to the power supply network, this will be overloaded. This danger exists in particular if several electric vehicles are to be charged at the same time or if the charge is to take place at high power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mittels der elektrische Verbraucher sicher und zuverlässig mit elektrischer Energie versorgt werden können.The invention has for its object to provide a method and an arrangement by means of which electrical consumers can be safely and reliably supplied with electrical energy.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren oder eine Anordnung nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Anordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a method or an arrangement according to the independent patent claims. Advantageous embodiments of the method and the arrangement are specified in the dependent claims.

Offenbart wird ein Verfahren zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (Energieverbrauchers, Elektroenergieverbrauchers) mit elektrischer Energie, wobei bei dem Verfahren

  • – ein (elektrisch bzw. energieflussbezogen) zwischen einem elektrischen Energieversorgungsnetz und einem elektrischen Verbraucher geschalteter elektrischer Energiespeicher mit von dem Energieversorgungsnetz übertragener elektrischer Energie aufgeladen wird und
  • – bei Bedarf die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem Verbraucher übertragen wird, wodurch der Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt wird.
Disclosed is a method for supplying an electrical consumer (energy consumer, electrical energy consumer) with electrical energy, wherein the method
  • - An (electrical or energy flow related) between an electrical power grid and an electrical load switched electrical energy storage is charged with transmitted from the power grid electrical energy and
  • - If necessary, the energy stored in the energy storage is transferred wholly or partially to the consumer, whereby the consumer is supplied without direct load of the power grid with electrical energy.

Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass (energieflussbezogen) zwischen dem elektrischen Energieversorgungsnetz und dem Verbraucher ein elektrischer Energiespeicher (elektrischer Energie-Pufferspeicher) geschaltet ist. Dieser Energiespeicher wird von dem elektrischen Energieversorgungsnetz mit Energie versorgt und mit dieser elektrischen Energie aufgeladen. Sobald elektrische Energie bei dem Verbraucher benötigt wird, wird die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem Verbraucher übertragen, ohne dass dadurch das Energieversorgungsnetz unmittelbar belastet wird.In this case, it is particularly advantageous that an electrical energy store (electrical energy buffer store) is connected between the electrical energy supply network and the consumer (related to energy flow). This energy storage is powered by the electrical power grid with energy and charged with this electrical energy. As soon as electrical energy is required by the consumer, the energy stored in the energy store is transferred in whole or in part to the consumer, without this directly burdening the energy supply network.

Vorteilhafterweise kann der elektrische Energiespeicher ein Gleichstromspeicher sein.Advantageously, the electrical energy store may be a DC storage.

Vorteilhaft kann der elektrische Energiespeicher als ein Akkumulator ausgestaltet sein, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Derartige Akkumulatoren sind als solche bekannt und stehen mit großen elektrischen Kapazitäten zur Verfügung.Advantageously, the electrical energy store can be designed as an accumulator, in particular as a lithium-ion accumulator. Such accumulators are known as such and are available with large electrical capacities.

Das Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass der elektrische Energiespeicher örtlich bei dem Verbraucher angeordnet ist. Es handelt sich also um einen dezentral angeordneten elektrischen Energiespeicher, der auch als dezentral angeordneter elektrischer Energie-Pufferspeicher bezeichnet werden kann. Durch die örtliche Anordnung des elektrischen Energiespeichers bei dem Verbraucher wird insbesondere erreicht, dass bei der Übertragung der gespeicherten Energie zu dem Verbraucher aufgrund kurzer Leitungslängen nur geringe Verluste auftreten und die Energieübertragung schnell erfolgen kann.The method may be configured such that the electrical energy store is arranged locally at the consumer. It is therefore a decentralized arranged electrical energy storage, which can also be referred to as a decentralized arranged electrical energy buffer memory. Due to the local arrangement of the electrical energy storage device in the consumer is achieved in particular that in the transmission of stored energy to the consumer due to short line lengths only small losses occur and the energy transfer can be done quickly.

Mit Vorteil kann das Verfahren so ausgestaltet sein, dass der elektrische Energiespeicher örtlich der elektrischen Hausinstallation eines Ein- oder Mehrfamilienhauses zugeordnet ist, an die der Verbraucher angeschlossen ist. Mit anderen Worten kann der elektrische Energiespeicher ein Teil der Hausinstallation sein. Dabei ist vorteilhaft, dass der elektrische Energiespeicher in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers oder der Verbraucher angeordnet ist, die durch die elektrische Hausinstallation mit elektrischer Energie versorgt werden.Advantageously, the method can be designed so that the electrical energy storage is locally associated with the electrical house installation of a single or multi-family house, to which the consumer is connected. In other words, the electrical energy storage can be part of the house installation. It is advantageous that the electrical energy storage is located in the immediate vicinity of the consumer or the consumer, which are supplied by the electrical house installation with electrical energy.

Vorteilhafterweise kann der Verbraucher ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es vorteilhafterweise, mit derartigen Akkumulatoren ausgestattete Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen.Advantageously, the consumer can be an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator. This embodiment advantageously makes it possible to supply electric vehicles equipped with such accumulators with electrical energy.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass bei Bedarf die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgestalteten Verbraucher übertragen wird, wodurch der Energieinhalt des Energiespeichers ganz oder teilweise in den als Akkumulator ausgestalteten Verbraucher umgeladen wird.The method may also be such that, if required, the energy stored in the energy store is transferred in whole or in part to the consumer configured as an accumulator, in particular as a lithium ion accumulator, whereby the energy content of the energy accumulator is wholly or partly incorporated into the Accumulator configured consumer is reloaded.

Auch hierdurch wird es vorteilhafterweise ermöglicht, elektrisch betriebene Fahrzeuge oder andere mit Akkumulatoren großer Kapazität ausgestattete elektrische Geräte mit elektrischer Energie zu versorgen.This also advantageously makes it possible to supply electrically powered vehicles or other electrical devices equipped with large capacity accumulators with electrical energy.

Vorteilhafterweise kann das Verfahren so ausgestaltet sein, dass das Aufladen des Energiespeichers mit einer mittleren elektrischen Ladeleistung (durchschnittlichen elektrischen Ladeleistung) erfolgt, die geringer ist als die beim Versorgen des Verbrauchers zu diesem übertragene mittlere elektrische Leistung (durchschnittliche elektrische Leistung).Advantageously, the method can be designed so that the charging of the energy store with a medium electrical Charging power (average electric charging power) is less than the average electrical power transmitted to the consumer when supplying it (average electric power).

Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass der Energiespeicher auch an Energieversorgungsnetzen mit geringer elektrischer Leistung aufgeladen werden kann, beispielsweise an den Hausanschlüssen von Energieversorgungsnetzen in klassischen Wohngebieten. Die Aufladung des Energiespeichers an einem solchen Anschluss mit einer geringen mittleren elektrischen Ladeleistung (z. B. mit 2 kW) dauert zwar unter Umständen eine längere Zeit (Langsamladung). Dies ist jedoch nicht nachteilig, da das Versorgen des elektrischen Verbrauchers aus dem Energiespeicher heraus mit einer höheren mittleren Leistung erfolgt, also in kürzerer Zeit. Damit ist es insbesondere möglich, z. B. die Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen sehr schnell wieder aufzuladen (z. B. mit einer mittleren elektrischen Ladeleistung von 44 kW, Schnellladung), obwohl das Aufladen des Energiespeichers an dem Energieversorgungsnetz nur mit einer geringen elektrischen Leistung von z. B. 2 kW möglich ist.In this case, it is particularly advantageous that the energy store can also be charged to energy supply networks with low electrical power, for example to the house connections of power supply networks in classic residential areas. Charging the energy storage device at such a connection with a low average electrical charging power (eg with 2 kW) may take a longer time (slow charging). However, this is not disadvantageous because the supply of the electrical load from the energy storage out with a higher average power, ie in less time. This makes it possible in particular, for. B. recharge the batteries of electric vehicles very quickly (eg., With a mean electric charging power of 44 kW, fast charge), although the charging of the energy storage on the power grid only with a low electrical power of z. B. 2 kW is possible.

Vorteilhafterweise kann das Aufladen des Energiespeichers (z. B. bevorzugt) in Zeitspannen erfolgen, während der an bzw. in dem Energieversorgungsnetz elektrische Energie über den Bedarf hinaus zur Verfügung steht. Solche Zeitspannen können beispielsweise nachts vorliegen, wenn aufgrund des geringen Bedarfes an Elektroenergie billiger Nachtstrom zur Verfügung steht, oder an einem sonnigen Tag, wenn durch installierte Photovoltaikanlagen große Energiemengen ins Energieversorgungsnetz eingespeist werden.Advantageously, the charging of the energy store (for example, preferably) may take place in periods of time during which electrical energy is available beyond the requirement on or in the energy supply network. Such periods of time can be present, for example, at night when cheap nighttime electricity is available due to the low demand for electric energy, or on a sunny day when large amounts of energy are fed into the energy supply network through installed photovoltaic systems.

Das Verfahren kann aber auch so ausgestaltet sein, dass in Zeitspannen hohen Energiebedarfs die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie ganz oder teilweise in das Energieversorgungsnetz übertragen wird (rückübertragen bzw. rückgespeist). In Zeitspannen hohen Energiebedarfs (Spitzenlastzeiten) kann also mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie das Netz gestützt werden, indem eine Rückspeisung der Energie in das Energieversorgungsnetz erfolgt.However, the method can also be configured such that in periods of high energy demand, the electrical energy stored in the energy store is completely or partially transferred to the energy supply network (retransmitted or fed back). In periods of high energy demand (peak load times) can thus be supported by means of stored in the energy storage electrical energy, the network by a return of energy into the power grid occurs.

Weiterhin kann das Verfahren vorteilhafterweise so ablaufen, dass der Energiespeicher zumindest teilweise mittels regenerativer und/oder bei dem Energiespeicher angeordneter Energiequellen aufgeladen wird, insbesondere mittels lokaler Photovoltaikanlagen oder lokaler Windkraftanlagen. Damit kann vorteilhafterweise die oftmals von solchen Anlagen unregelmäßig bereitgestellte elektrische Energie sinnvoll genutzt werden, um den Energiespeicher aufzuladen. Vorteilhafterweise braucht die von diesen Energiequellen bereitgestellte elektrische Energie nicht in das Energieversorgungsnetz eingespeist zu werden, sondern kann dazu verwendet werden, den nahegelegenen Energiespeicher aufzuladen.Furthermore, the method can advantageously proceed in such a way that the energy store is charged at least partially by means of regenerative and / or energy sources arranged in the energy store, in particular by means of local photovoltaic systems or local wind power plants. Thus, the often provided by such systems irregularly provided electrical energy can be used advantageously to charge the energy storage. Advantageously, the electrical energy provided by these energy sources need not be fed into the power grid, but can be used to charge the nearby energy storage.

Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass bei Bedarf die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu mindestens zwei Verbrauchern übertragen wird, wobei einer der Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie in Form von Gleichstrom versorgt wird und der andere Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie in Form von Wechselstrom versorgt wird. Dabei kann ein Teil der gespeicherten Energie mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers in Wechselstrom gewandelt werden und/oder ein anderer Teil mittels eines Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzers in Gleichstrom mit einer Spannung ungleich der Spannung des Energiespeichers gewandelt werden. Dadurch lässt sich die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie vielfältig nutzen.The method may also be such that, if necessary, the stored energy in the energy storage is transferred wholly or partially to at least two consumers, one of the consumers is supplied without direct load of the power grid with electrical energy in the form of direct current and the other consumers without immediate Load of the power supply network is supplied with electrical energy in the form of alternating current. In this case, part of the stored energy can be converted into alternating current by means of a DC-AC converter and / or another part can be converted by means of a DC-DC converter into direct current with a voltage not equal to the voltage of the energy store. As a result, the energy stored in the energy store can be used in a variety of ways.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird weiterhin offenbart: Eine Anordnung zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (Energieverbrauchers) mit elektrischer Energie, mit

  • – einem (elektrisch bzw. energieflussbezogen) zwischen einem elektrischen Energieversorgungsnetz und einem elektrischen Verbraucher geschalteten elektrischen Energiespeicher, der so geschaltet ist, dass er mit von dem Energieversorgungsnetz übertragener elektrischer Energie aufgeladen wird und
  • – bei Bedarf die in ihm gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem Verbraucher überträgt (wodurch der Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt wird).
To solve the object mentioned above is further disclosed: An arrangement for supplying an electrical consumer (energy consumer) with electrical energy, with
  • A (connected electrically or energy flow) between an electrical power grid and an electrical load electrical energy storage, which is connected so that it is charged with transmitted from the power grid electrical energy and
  • - if necessary, transfers the energy stored in it wholly or partly to the consumer (whereby the consumer is supplied with electrical energy without direct load of the power supply network).

Bei dieser Anordnung kann der elektrische Energiespeicher ein Gleichstromspeicher sein.In this arrangement, the electrical energy storage can be a DC storage.

Der elektrische Energiespeicher kann ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, sein.The electrical energy store may be an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator.

Vorteilhafterweise kann die Anordnung so ausgestaltet sein, dass der elektrische Energiespeicher örtlich bei dem Verbraucher angeordnet ist.Advantageously, the arrangement can be designed such that the electrical energy store is arranged locally at the consumer.

Mit Vorteil kann die Anordnung auch so realisiert werden, dass der elektrische Energiespeicher örtlich der Hausinstallation eines Ein- oder Mehrfamilienhauses zugeordnet ist, an die der Verbraucher angeschlossen ist.Advantageously, the arrangement can also be realized so that the electrical energy storage is locally associated with the house installation of a single or multi-family house, to which the consumer is connected.

Die Anordnung kann auch so aufgebaut sein, dass der Verbraucher ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ist. The arrangement can also be constructed so that the consumer is an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator.

Vorteilhafterweise kann die Anordnung eine Steuerung aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie das Aufladen des Energiespeichers und/oder das Übertragen der Energie zu dem Verbraucher so steuert, dass bei Bedarf die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgestalteten Verbraucher übertragen wird. Dadurch wird der Energieinhalt des Energiespeichers ganz oder teilweise in den als Akkumulator ausgestalteten Verbraucher umgeladen.Advantageously, the arrangement may have a controller which is designed such that it controls the charging of the energy store and / or the transfer of the energy to the consumer such that, if necessary, the energy stored in the energy store is wholly or partially added to that as an accumulator, in particular as a lithium-ion battery, configured consumer is transmitted. As a result, the energy content of the energy storage device is completely or partially reloaded into the consumer designed as an accumulator.

Weiterhin kann die Anordnung eine Steuerung aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie das Aufladen des Energiespeichers und/oder das Übertragen der Energie zu dem Verbraucher so steuert, dass das Aufladen des Energiespeichers mit einer mittleren (d. h. durchschnittlichen) elektrischen Ladeleistung erfolgt, die geringer ist als die beim Versorgen des Verbrauchers zu diesem übertragene mittlere (d. h. durchschnittliche) elektrische Leistung.Furthermore, the arrangement may have a controller that is configured to control the charging of the energy store and / or the transmission of the energy to the consumer such that the charging of the energy store takes place with a mean (ie average) electrical charging power that is lower is considered to be the average (ie average) electrical power transmitted to the consumer in supplying it.

Auch kann die Anordnung eine Steuerung aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie das Aufladen des Energiespeichers so steuert, dass das Aufladen des Energiespeichers (z. B. bevorzugt) in Zeitspannen erfolgt, während der (an/in dem Energieversorgungsnetz) elektrische Energie über den Bedarf hinaus zur Verfügung steht.The arrangement may also have a controller which is designed such that it controls the charging of the energy store such that the charging of the energy store (for example, preferably) takes place in periods of time, during which the (on / in the energy supply network) electrical energy the need is available.

Vorteilhafterweise kann die Anordnung eine Steuerung aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Entladen des Energiespeichers so steuert, dass in Zeitspannen hohen Energiebedarfs die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie ganz oder teilweise in das Energieversorgungsnetz übertragen wird (d. h. rückübertragen bzw. rückgespeist wird).Advantageously, the arrangement can have a control which is designed such that it controls a discharging of the energy store such that in periods of high energy demand the electrical energy stored in the energy store is completely or partially transferred to the energy supply network (ie is retransferred or fed back). ,

Weiterhin kann die Anordnung auch vorteilhafterweise eine Steuerung aufweisen, die so ausgestaltet ist, dass sie das Aufladen des Energiespeichers so steuert, dass der Energiespeicher zumindest teilweise mittels regenerativer und/oder bei dem Energiespeicher angeordneter Energiequellen aufgeladen wird, insbesondere mittels lokaler Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.Furthermore, the arrangement can also advantageously have a controller which is configured such that it controls the charging of the energy store so that the energy store is at least partially charged by means of regenerative and / or arranged in the energy storage energy sources, in particular by means of local photovoltaic or wind turbines.

Schließlich kann die Anordnung auch so ausgestaltet sein, dass bei Bedarf die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu mindestens zwei Verbrauchern übertragbar ist, wodurch einer der Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie in Form von Gleichstrom versorgt wird und der andere Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie in Form von Wechselstrom versorgt wird.Finally, the arrangement can also be designed so that, if necessary, the energy stored in the energy storage is fully or partially transferable to at least two consumers, whereby one of the consumers is supplied without direct load of the power supply network with electrical energy in the form of direct current and the other consumers is supplied with electrical energy in the form of alternating current without direct load of the power grid.

Die Vorteile dieser Anordnungen entsprechen den oben im Zusammenhang mit den Verfahren beschriebenen Vorteilen.The advantages of these arrangements correspond to the advantages described above in connection with the methods.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dazu ist in der einzigenIn the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. This is in the only one

Figur ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Versorgen von mehreren Verbrauchern mit elektrischer Energie sowie ein zugehöriges Verfahren dargestellt.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an arrangement for supplying electrical power to a plurality of consumers and an associated method.

In der Figur ist im oberen Teil in einer schematischen Darstellung ein Ausschnitt aus einem Energieversorgungsnetz 1 dargestellt, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um ein öffentliches Energieversorgungsnetz handelt. Dieses Energieversorgungsnetz befindet sich beispielsweise in einem klassischen Wohngebiet und ist auf den in der Vergangenheit üblichen Energiebedarf von privaten Mietwohnungen und Einfamilienhäusern ausgelegt. Daher steht an einem Netzabzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 eine Anschlussleistung von typischerweise einigen 10 kW zur Verfügung, im Ausführungsbeispiel sind es 20 kW (Hausanschlussleistung). Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen haben oftmals elektrische Kapazitäten von ca. 30 kWh. Würde man an dem Netzabzweig 3 einen solchen Akkumulator mit einer Ladeleistung von 5 kW aufladen wollen, so würde dafür ein beträchtlicher Teil der Hausanschlussleistung beansprucht werden und es wäre dennoch eine Zeitdauer von ca. 6 Stunden notwendig, um den Akkumulator vollständig aufzuladen (Langsamladung).In the figure, in the upper part in a schematic representation of a section of a power grid 1 shown, which is a public power grid in the embodiment. This energy supply network, for example, is located in a classic residential area and is designed to meet the energy needs of private rental apartments and single-family homes that were customary in the past. Therefore stands at a network branch 3 of the power supply network 1 a connection power of typically a few 10 kW available, in the embodiment, it is 20 kW (house connection power). Rechargeable batteries of electric vehicles often have electrical capacities of about 30 kWh. Would you at the network branch 3 would like to charge such a battery with a charging power of 5 kW, it would be claimed for a considerable part of the house connection power and it would still take a period of about 6 hours to fully charge the battery (slow charge).

Im Ausführungsbeispiel ist der Netzabzweig 3 über eine Steuerung 5 (Energiemanagementsystem 5) und eine elektrische Leitung 6 mit einem elektrischen Energiespeicher 7 verbunden. Dieser elektrische Energiespeicher 7 ist im Ausführungsbeispiel ein Gleichstromspeicher, der als ein Lithium-Ionen-Akkumulator großer elektrischer Kapazität ausgestaltet ist (z. B. kann diese elektrische Kapazität 30 kWh betragen, was in etwa der Kapazität einer typischen Elektrofahrzeugbatterie entspricht). Der Energiespeicher 7 wird mit von dem Energieversorgungsnetz 1 übertragener elektrischer Energie aufgeladen, welche über den Netzabzweig 3 und die Leitung 6 zu dem Energiespeicher 7 gelangt (Pfeile 8). Der Energiespeicher 7 wird also mit elektrischer Energie aufgeladen, die von dem Energieversorgungsnetz 1 stammt. Diese Aufladung wird von der Steuerung/Energiemanagementsystem 5 gesteuert und überwacht.In the exemplary embodiment, the network branch 3 via a controller 5 (Energy Management System 5 ) and an electric line 6 with an electrical energy storage 7 connected. This electrical energy storage 7 For example, in the embodiment, a DC storage configured as a lithium ion secondary battery having a large electric capacity (for example, this electric capacity may be 30 kWh, which is approximately the capacity of a typical electric vehicle battery). The energy storage 7 comes with from the power grid 1 of transferred electrical energy which is transmitted via the network branch 3 and the line 6 to the energy store 7 reaches (arrows 8th ). The energy storage 7 is therefore charged with electrical energy from the power grid 1 comes. This charge is provided by the controller / energy management system 5 controlled and monitored.

Der Energiespeicher 7 wird mit einer mittleren Ladeleistung von z. B. 1 bis 1,5 kW aufgeladen und ist nach ca. einem Tag vollständig aufgeladen. Dieser Aufladevorgang des Energiespeichers wird von der Steuerung/Energiemanagementsystem 5 so gesteuert, dass die Aufladung überwiegend in Zeiten erfolgt, während der in dem Energieversorgungsnetz 1 bzw. an dem Netzabzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 elektrische Energie im Überfluss (d. h. über den aktuellen Bedarf hinaus) zur Verfügung steht. Über den Bedarf hinaus steht elektrische Energie üblicherweise nachts zur Verfügung und wird zu diesen Zeiten als billiger Nachtstrom angeboten. Über den Bedarf hinaus kann elektrische Energie auch aus regenerativen Energiequellen zur Verfügung stehen, insbesondere aus Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen. Damit kann zum einen der Energiespeicher kostengünstig mit elektrischer Energie aufgeladen werden und zum anderen bewirkt die Aufladung des Energiespeichers zu Zeiten geringen Energiebedarfs eine vorteilhafte Nutzung von „überschüssiger” Energie. The energy storage 7 is with a mean charging power of z. B. charged 1 to 1.5 kW and is fully charged after about one day. This charging process of the energy storage is controlled by the energy management system 5 controlled so that the charging takes place predominantly in times while in the power grid 1 or at the network branch 3 of the power supply network 1 electrical energy is abundant (ie beyond current demand). In addition to the demand, electrical energy is usually available at night and is offered at these times as a cheap night-time electricity. In addition to the demand, electrical energy can also be available from renewable energy sources, in particular from photovoltaic systems or wind power plants. Thus, on the one hand the energy storage can be charged inexpensively with electrical energy and on the other hand causes the charging of the energy storage at times of low energy consumption, an advantageous use of "excess" energy.

Der elektrische Energiespeicher 7 ist über eine elektrische Verbindungsleitung 9 mit einem ersten Verbraucherstromkreis 11 verbunden, an den als erster elektrischer Verbraucher ein Akkumulator 15 eines Elektrofahrzeugs 13 angeschlossen ist. Dieser Akkumulator ist im Ausführungsbeispiel ein Lithium-Ionen-Akkumulator 15, welcher mit Gleichstrom aufgeladen werden soll. Der erste Verbraucherstromkreis 11 ist ein Gleichstromstromkreis, er weist eine Spannung von beispielsweise ca. 400 Volt auf und stellt eine Leistung von ca. 50 kW zur Verfügung. An diesem ersten Verbraucherstromkreis 11 kann der oben genannte Akkumulator eines Elektrofahrzeugs in ca. einer halben Stunde aufgeladen werden.The electrical energy storage 7 is via an electrical connection line 9 with a first load circuit 11 connected to the first electrical consumer an accumulator 15 an electric vehicle 13 connected. This accumulator is a lithium ion accumulator in the embodiment 15 , which is to be charged with DC. The first load circuit 11 is a DC circuit, it has a voltage of, for example, about 400 volts and provides a power of about 50 kW available. At this first load circuit 11 The above mentioned accumulator of an electric vehicle can be charged in about half an hour.

Weiterhin ist an den Energiespeicher 7 über eine elektrische Verbindungsleitung 19 ein zweiter Verbraucherstromkreis 21 angeschlossen, welcher Gleichstrom mit einer Spannung von 24 Volt zur Verfügung stellt. An den zweiten Verbraucherstromkreis 21 ist ein Verbraucher in Form einer 24-Volt-Halogenlampe 23 angeschlossen, welche ebenfalls aus dem Energiespeicher 7 mit elektrischer Energie versorgt wird.Furthermore, to the energy storage 7 via an electrical connection line 19 a second load circuit 21 connected, which provides DC with a voltage of 24 volts. To the second load circuit 21 is a consumer in the form of a 24 volt halogen lamp 23 connected, which also from the energy storage 7 is supplied with electrical energy.

Zusätzlich ist an den Energiespeicher 7 mittels einer weiteren elektrischen Verbindungsleitung 29 ein dritter Verbraucherstromkreis 31 angeschlossen. Der dritte Verbraucherstromkreis 31 weist Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt auf. Der dritte Verbraucherstromkreis 31 ist mit einer Steckdose 33 verbunden, an die beliebige handelsübliche 230 Volt-Wechselstrom-Haushaltsgeräte angeschlossen werden können. Diese Haushaltsgeräte werden ebenfalls aus dem Energiespeicher 7 mit elektrischer Energie versorgt. Ein solches Haushaltsgerät ist z. B. ein Staubsauger, der einen Wechselstrommotor 35 aufweist. Es können an den Energiespeicher 7 noch weitere Verbraucherstromkreise angeschlossen werden.In addition to the energy storage 7 by means of another electrical connection line 29 a third load circuit 31 connected. The third load circuit 31 has alternating current with a voltage of 230 volts. The third load circuit 31 is with a power outlet 33 connected to any standard 230 volt AC home appliances. These household appliances are also from the energy storage 7 supplied with electrical energy. Such a household appliance is z. As a vacuum cleaner, an AC motor 35 having. It can connect to the energy store 7 even more consumer circuits are connected.

Die unterschiedlichen Spannungen des ersten Verbraucherstromkreises 11 und des zweiten Verbraucherstromkreises 21 werden mittels zweier nicht dargestellter Gleichstromumrichter (DC/DC-Umrichter) bereitgestellt, die zwischen den Energiespeicher 7 und den ersten Verbraucherstromkreis 11 bzw. zwischen den Energiespeicher 7 und den zweiten Verbraucherstromkreis 21 geschaltet sind. Die Spannung des dritten Verbraucherstromkreises 31 wird mittels eines nicht dargestellten Wechselstromumrichters (DC/AC-Umrichter, Netzwechselrichter) bereitgestellt, der zwischen den Energiespeicher 7 und den dritten Verbraucherstromkreis 31 geschaltet ist.The different voltages of the first load circuit 11 and the second load circuit 21 are provided by means of two unillustrated DC converters (DC / DC converters), which are located between the energy storage 7 and the first load circuit 11 or between the energy storage 7 and the second load circuit 21 are switched. The voltage of the third load circuit 31 is provided by means of an AC inverter (DC / AC converter, grid inverter), not shown, which is located between the energy storage 7 and the third load circuit 31 is switched.

Mittels der Steuerung 5 kann der Aufladevorgang des Energiespeichers 7 so gesteuert werden, dass der Energiespeicher 7 ergänzend oder ausschließlich mit von regenerativen Energiequellen 40 (beispielsweise lokale Photovoltaikanlagen oder lokale Windkraftanlagen) stammender elektrischer Energie aufgeladen wird. Diese gegebenenfalls nur sporadisch zur Verfügung stehende regenerativ erzeugte elektrische Energie fließt von der regenerativen Energiequelle 40 über die Leitung 6 zu dem Energiespeicher 7 und lädt diesen auf (Pfeil 41).By means of the controller 5 can the charging process of the energy storage 7 be controlled so that the energy storage 7 in addition or exclusively with renewable energy sources 40 (For example, local photovoltaic systems or local wind turbines) is charged electrical energy. This possibly only sporadically available regenerative electrical energy flows from the regenerative energy source 40 over the line 6 to the energy store 7 and load it up (arrow 41 ).

Das Laden des Pufferspeichers/Energiespeichers 7 kann also außer vom Energieversorgungsnetz auch durch lokale dezentrale Energiequellen 40 (z. B. Photovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen) erfolgen bzw. unterstützt werden. Auf diese Weise lässt sich ein vergleichsweise hoher Gesamtwirkungsgrad erreichen, insbesondere bei Photovoltaikanlagen, da Vorrichtungen zur Energietransformation von Wechselstrom in Gleichstrom entfallen können. Beispielsweise ist es möglich, den Ladeenergiefluss von der Photovoltaikanlage zum elektrischen Pufferspeicher über einen einzigen DC/DC-Wandler zu realisieren. Dadurch treten nur geringe elektrische Verluste auf.Loading the buffer / energy storage 7 So, in addition to the power grid can also by local distributed energy sources 40 (eg photovoltaic systems or wind turbines) take place or be supported. In this way, a relatively high overall efficiency can be achieved, especially in photovoltaic systems, since devices for energy transformation of alternating current into direct current can be omitted. For example, it is possible to realize the charging energy flow from the photovoltaic system to the electrical buffer memory via a single DC / DC converter. As a result, only small electrical losses occur.

Sobald der Energiespeicher 7 teilweise oder vollständig mit elektrischer Energie aufgeladen ist, können die mit dem Energiespeicher verbundenen Verbraucherstromkreise 11, 21 und/oder 31 mit elektrischer Energie versorgt werden. Beispielsweise kann bei Bedarf das an dem ersten Verbraucherstromkreis 11 angeschlossene Elektrofahrzeug 13 (genauer gesagt, der Akkumulator 15 des Elektrofahrzeugs 13) mit elektrischer Energie aufgeladen werden. Dazu wird ein Teil der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie über die elektrische Verbindungsleitung 9 und den ersten Verbraucherstromkreis 11 zu dem Akkumulator 15 des Elektrofahrzeugs 13 übertragen (Pfeile 43). Dadurch wird ein Teil des Energieinhalts des Energiespeichers 7 in den Energiespeicher des Elektrofahrzeugs, d. h. in den Lithium-Ionen-Akkumulator 15 umgeladen. Dieses Laden des Lithium-Ionen-Akkumulators 15 kann dann mit einer mittleren elektrischen Leistung von z. B. 50 kW erfolgen, da der Energiespeicher 7 diese elektrische Leistung bereitstellt. Dadurch kann der Akkumulator 15 in z. B. weniger als einer Stunde aufgeladen werden (Schnellladung). Während dieser Aufladung des Akkumulators 15 des Elektrofahrzeugs wird die elektrische Energie ausschließlich dem Energiespeicher 7 entnommen, so dass das Energieversorgungsnetz 1 während dieser Zeit nicht durch das Laden des Elektrofahrzeugs belastet wird (keine unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes 1).Once the energy store 7 is partially or completely charged with electrical energy, connected to the energy storage consumer circuits 11 . 21 and or 31 be supplied with electrical energy. For example, if necessary, on the first load circuit 11 connected electric vehicle 13 (more precisely, the accumulator 15 of the electric vehicle 13 ) are charged with electrical energy. For this purpose, a part of the stored energy in the energy storage via the electrical connection line 9 and the first load circuit 11 to the accumulator 15 of the electric vehicle 13 transferred (arrows 43 ). This will be a Part of the energy content of the energy storage 7 in the energy storage of the electric vehicle, ie in the lithium-ion battery 15 transhipped. This charging of the lithium-ion battery 15 can then with a mean electric power of z. B. 50 kW, since the energy storage 7 provides this electrical power. This allows the accumulator 15 in z. B. charged less than an hour (fast charge). During this charging of the accumulator 15 of the electric vehicle, the electrical energy is only the energy storage 7 taken off, so that the power grid 1 during this time is not burdened by the charging of the electric vehicle (no immediate load on the power grid 1 ).

In ähnlicher Weise kann durch den Energiespeicher 7 die an dem zweiten Verbraucherstromkreis 21 angeschlossene Lampe 23 mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass das Energieversorgungsnetz 1 unmittelbar belastet wird. Werden an die Steckdose 33 elektrische Haushaltsgeräte angeschlossen, so können auch diese Haushaltsgeräte mit der in dem Energiespeicher 7 gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden, wobei zum Versorgungszeitpunkt keine Belastung des Energieversorgungsnetzes 1 stattfindet.Similarly, by the energy storage 7 at the second load circuit 21 connected lamp 23 be supplied with electrical energy without the power grid 1 is charged directly. Become a power outlet 33 connected electrical household appliances, so these household appliances with the in the energy storage 7 stored electrical energy to be supplied, at the time of supply no load on the power grid 1 takes place.

Es ist vorteilhaft, dass der elektrische Energiespeicher 7 örtlich in der Nähe der Verbraucher 15, 23 bzw. der Steckdose 33 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher 7 in einer geringen Entfernung von dem Elektrofahrzeug 13 angeordnet, nämlich im Keller eines Einfamilienhauses, vor dem das Elektrofahrzeug 13 abgestellt worden ist. Der Energiespeicher 7 ist örtlich der Hausinstallation eines Ein- oder Mehrfamilienhauses zugeordnet, wobei der Verbraucher an diese Hausinstallation angeschlossen ist. Der Energiespeicher 7 ist Teil der Hausinstallation des Ein- oder Mehrfamilienhauses, bei dem sich der oder die Verbraucher befinden. Die Hausinstallation weist dabei mindestens den Energiespeicher 7 und die Verbraucherstromkreise 11, 21 und 31 auf. Eine derartige Anordnung des Energiespeichers 7 in räumlicher Nähe zu dem lokalen Verbraucher hat den Vorteil, dass bei der Übertragung der elektrischen Energie von dem Energiespeicher 7 zu dem Verbraucher nur geringe Wege zurückgelegt werden brauchen und dadurch nur geringe Verlustleistungen auftreten und dass der Energiespeicher 7 mit geringem Aufwand kontrolliert und/oder überwacht werden kann. Darüber hinaus kann der Energiespeicher vergleichsweise einfach vor Beschädigungen oder Witterungseinflüssen geschützt werden.It is advantageous that the electrical energy storage 7 locally near the consumer 15 . 23 or the socket 33 is arranged. In the embodiment, the energy storage 7 at a short distance from the electric vehicle 13 arranged, namely in the basement of a family house, in front of which the electric vehicle 13 has been turned off. The energy storage 7 is locally associated with the house installation of a single or multi-family house, with the consumer is connected to this house installation. The energy storage 7 is part of the house installation of a single or multiple dwelling where the consumer (s) live. The house installation has at least the energy storage 7 and the consumer circuits 11 . 21 and 31 on. Such an arrangement of the energy storage 7 in close proximity to the local consumer has the advantage that in the transmission of electrical energy from the energy storage 7 to the consumer only small distances need to be covered and thus only low power losses occur and that the energy storage 7 can be controlled and / or monitored with little effort. In addition, the energy storage can be relatively easily protected against damage or weathering.

In Zeitspannen hohen Energiebedarfs (in so genannten Hauptlastzeiten oder Spitzenbedarfszeiten) kann optional die in dem Energiespeicher 7 gespeicherte elektrische Energie ganz oder teilweise in das Energieversorgungsnetz 1 übertragen werden (Rückübertragung bzw. Rückspeisung von elektrischer Energie, Pfeile 44). Der Energiefluss zwischen dem elektrischen Energiespeicher 7 und dem Energieversorgungsnetz 1 ist also bidirektional möglich, was durch die den Energiespeicher 7 und das Energieversorgungsnetz 1 verbindenden Doppelpfeile 3, 6 symbolisiert wird.In periods of high energy demand (in so-called peak load periods or peak demand times) can optionally in the energy storage 7 stored electrical energy wholly or partly in the power grid 1 be transferred (retransmission or recovery of electrical energy, arrows 44 ). The energy flow between the electrical energy storage 7 and the power grid 1 So bidirectional is possible, what by the energy storage 7 and the power grid 1 connecting double arrows 3 . 6 is symbolized.

Die vollständige oder teilweise (Rück-)Übertragung der in dem Energiespeicher 7 gespeicherten elektrischen Energie in das Energieversorgungsnetz 1 wird durch die Steuerung 5 gesteuert bzw. überwacht. Unter anderem zum Ermitteln der Zeitspannen hohen Energiebedarfs bzw. niedrigen Energiebedarfs findet ein Nachrichtenaustausch zwischen der Steuerung/Energiemanagementsystem 5 und einer Steuerung/Energiemanagementsystem 45 eines Energieanbieters statt. Dieser Energieanbieter verteilt elektrische Energie über das Energieversorgungsnetz 1. Dieser bidirektionale Nachrichtenaustausch bzw. diese bidirektionale Kommunikation erfolgt über einen Nachrichtenkanal 47, der in der Figur als eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Diese Kommunikation kann als „externe Kommunikation” bezeichnet werden und wird durch einen Doppelpfeil 47 symbolisiert.The complete or partial (re) transmission of the energy storage in the 7 stored electrical energy in the power grid 1 is through the controller 5 controlled or monitored. Among other things, to determine the periods of high energy demand or low energy needs finds a message exchange between the controller / energy management system 5 and a controller / energy management system 45 an energy provider. This energy provider distributes electrical energy via the energy supply network 1 , This bidirectional message exchange or bidirectional communication takes place via a message channel 47 , which is shown in the figure as a dashed line. This communication can be referred to as "external communication" and is indicated by a double arrow 47 symbolizes.

Weiterhin findet zwischen der Steuerung 5 und dem Energiespeicher 7 ein weiterer bidirektionaler Nachrichtenaustausch statt, mit dem z. B. die Steuerung 5 über den Ladezustand des Energiespeichers 7 informiert wird. Dieser bidirektionale Nachrichtenaustausch bzw. diese bidirektionale Kommunikation erfolgt über einen Nachrichtenkanal 49, der in der Figur als eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Diese Kommunikation kann als „interne Kommunikation” bezeichnet werden und wird durch einen Doppelpfeil 49 symbolisiert.Furthermore, takes place between the controller 5 and the energy storage 7 another bidirectional message exchange, with the z. B. the controller 5 about the state of charge of the energy storage 7 is informed. This bidirectional message exchange or bidirectional communication takes place via a message channel 49 , which is shown in the figure as a dashed line. This communication can be called "internal communication" and is indicated by a double arrow 49 symbolizes.

Durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anordnung wird vorteilhafterweise eine bedarfsträgergerechte Infrastruktur zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere zum Laden von Fahrzeugbatterien von Elektrofahrzeugen, bereitgestellt. Es ist zu erwarten, dass dadurch in Zukunft die Entwicklung der Elektromobilität wesentlich gefördert wird. Obwohl in klassischen Wohngebieten die Netzanschlussleistung pro Haushalt begrenzt ist und daher die vorhandene Infrastruktur bisher nur für eine Langsamladung von Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen geeignet erschien, wird mit der beschriebenen Anordnung und dem beschriebenen Verfahren durch den Einsatz eines dezentralen ortsfesten elektrischen Energiespeichers eine hohe Ladeleistung für insbesondere Elektrofahrzeuge zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise wird dem Energieversorgungsnetz die Ladeenergie bei einem Überangebot an Energie entnommen. Optional kann bei Spitzenlastbedarf die zwischengespeicherte elektrische Energie aus dem Pufferspeicher in das Energieversorgungsnetz zurückgespeist werden, um eine Netzstützung zu realisieren.The method described and the arrangement described advantageously provide a user-friendly infrastructure for supplying electrical consumers, in particular for charging vehicle batteries of electric vehicles. It is to be expected that this will significantly promote the development of electromobility in the future. Although in conventional residential areas, the power supply per household is limited and therefore the existing infrastructure previously appeared only suitable for slow charging of batteries of electric vehicles, with the described arrangement and the described method by the use of a decentralized stationary electric energy storage, a high charging power for electric vehicles in particular made available. The charging energy is preferably taken from the energy supply network in the event of an oversupply of energy. Optionally, at peak demand, the cached electrical energy from the buffer memory into the Power supply network are fed back to realize a grid support.

Der Energiespeicher (elektrisch dezentraler Energie-Pufferspeicher) wird an dezentralen Netzabzweigen 3 (z. B. an Hausanschlüssen) installiert. Als Energiespeicher können beispielsweise Batterien eingesetzt werden, wie sie auch in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Es kann sogar ein bezüglich der Spannung und der Kapazität ähnlicher oder gleichartiger Energiespeicher als ortsfester Energiespeicher eingesetzt werden („Spiegelbatterie”). Solche „Spiegelbatterien” werden aufgrund der geplanten hohen Stückzahlen in naher Zukunft vermutlich zu wesentlich günstigeren Preisen zur Verfügung stehen als heute, so dass sich die beschriebene Anordnung und das beschriebene Verfahren kostengünstig realisieren lassen.The energy storage (electrically decentralized energy storage tank) is connected to decentralized network branches 3 (eg at house connections) installed. As an energy storage, for example, batteries can be used, as they are used in electric vehicles. It can even be used with respect to the voltage and the capacity of similar or similar energy storage as a stationary energy storage ("mirror battery"). Such "mirror batteries" are due to the planned high volumes in the near future probably at much cheaper prices available today, so that the described arrangement and the described method can be realized inexpensively.

Der Energiespeicher/Pufferspeicher wird mittels eines intelligenten Energiemanagements/Steuerung netzseitig (d. h. vom Energieversorgungsnetz) mit geringer mittlerer Leistung aufgeladen. Hierfür können insbesondere Zeiten genutzt werden, in denen elektrische Energie über den Bedarf hinaus zur Verfügung steht, z. B. aus regenerativen Energiequellen oder als Nachtstrom. Das Elektrofahrzeug wird vorzugsweise aus dem Energiespeicher/Pufferspeicher heraus geladen, so dass das Energieversorgungsnetz durch den Ladevorgang nicht zusätzlich belastet wird. Dabei ist ein Schnellladen der Fahrzeugbatterien möglich. Der dezentrale ortsfeste Pufferspeicher/Energiespeicher kann zur Speisung weiterer Verbraucherkreise und optional auch für die Rückspeisung von Elektroenergie in das Energieversorgungsnetz genutzt werden.The energy storage / buffer storage is charged by means of an intelligent energy management / control on the network side (ie from the power supply network) with low average power. For this purpose, in particular times can be used in which electrical energy beyond the demand is available, for. B. from renewable energy sources or as a night stream. The electric vehicle is preferably charged from the energy storage / buffer memory, so that the power supply network is not additionally burdened by the charging process. In this case, a fast charging of the vehicle batteries is possible. The decentralized stationary buffer / energy storage can be used to supply additional consumer circuits and optionally also for the return of electrical energy into the energy supply network.

Das Laden des Pufferspeichers/Energiespeichers kann außer vom Energieversorgungsnetz auch durch lokale dezentrale Energiequellen (z. B. Solaranlagen oder Windkraftanlagen) erfolgen bzw. unterstützt werden. Auf diese Weise lässt sich ein vergleichsweise hoher Gesamtwirkungsgrad erreichen, insbesondere bei Photovoltaikanlagen, da Vorrichtungen zur Energietransformation von Wechselstrom in Gleichstrom entfallen können.The loading of the buffer memory / energy storage device can be carried out or supported by the local power supply network as well as by local decentralized energy sources (eg solar plants or wind power plants). In this way, a relatively high overall efficiency can be achieved, especially in photovoltaic systems, since devices for energy transformation of alternating current into direct current can be omitted.

Durch den zwischen dem öffentlichen Energieversorgungsnetz und dem Verbraucher installierten Pufferspeicher und das Energiemanagementsystem/Steuerung wird vorteilhafterweise erreicht, dass benötigte Leistungsspitzen auf der Verbraucherseite (z. B. zum Laden der Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeugs) nicht unmittelbar aus dem Energieversorgungsnetz entnommen werden müssen. Dadurch kann die Netzinfrastruktur eines bestehenden Energieversorgungsnetzes unverändert weiter genutzt werden.The buffer memory installed between the public energy supply network and the consumer and the energy management system / control advantageously ensures that required power peaks on the consumer side (eg for charging the vehicle battery of an electric vehicle) do not have to be taken directly from the energy supply network. As a result, the network infrastructure of an existing energy supply network can continue to be used unchanged.

Es ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:

  • – Eine dezentrale Schnellladung von Fahrzeugbatterien mit hohen Leistungen (z. B. ca. 50 kW) wird ermöglicht.
  • – Das Laden des Energiespeichers/Pufferspeichers erfolgt vorzugsweise bei Überangebot an Energie, z. B. aus Solar- oder Windkraftwerken und/oder nachts. Dadurch erreicht man eine Nivellierung des Energieverbrauches am Energieversorgungsnetz.
  • – Der elektrische Pufferspeicher kann auch zur teilweisen oder vollständigen Versorgung anderer dezentraler Energieverbraucher genutzt werden, beispielsweise in einem Haushalt. Hierbei ist ein weiterer Vorteil, dass ein großer Teil der Hausinstallationen auf einfache Weise als Gleichspannungsversorgung (z. B. mit Schutzkleinspannung, d. h. max. 42 Volt Gleichspannung) ausgeführt werden kann. So ist z. B. eine LED-Beleuchtung realisierbar. Bei elektronischen Verbrauchern sind keine gleichrichtenden und stabilisierenden Netzteile notwendig und bisher batteriebetriebene Verbraucher können direkt mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher versorgt werden. Auf diese Weise kann ein erheblicher Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz geleistet werden. Es lässt sich mit der Ladekapazität eines Energiespeichers/Pufferspeichers, der zum Laden der Batterie eines Elektrofahrzeuges geeignet ist, der mittlere Bedarf eines Mehrpersonenhaushalts weitgehend oder vollständig für mehrere Tage decken.
  • – Die in Elektrofahrzeugen eingesetzten Fahrzeugbatterietypen können ortsfest auch als Energiespeicher (als so genannte „Spiegelbatterie”) eingesetzt werden. Hiermit wird eine hohe Wirtschaftlichkeit sichergestellt, da Fahrzeugbatterien als Massenprodukt verfügbar und entsprechend preiswert sein werden.
  • – Durch die örtlich feste Installation des Energiespeichers/Pufferspeichers werden Belastungen durch häufige Temperaturwechsel (die bei mobilen Energiespeichern oft auftreten und die zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Energiespeichers führen können) weitgehend vermieden. Somit kann eine lange Lebensdauer des Energiespeichers/Pufferspeichers erreicht werden.
  • – Vorzugsweise entfällt bei einem Gleichstrom-Verbraucher, insbesondere beim Elektrofahrzeug, die sonst erforderliche Wechselstrom-Netzanschaltung, da der Verbraucher durch den Energiespeicher unmittelbar mit Gleichstrom versorgt wird. Die Ladeenergie für die Batterie des Elektrofahrzeugs muss also nicht vom Energieversorgungsnetz entnommen werden. Die elektrische Ladeleistung kann unabhängig von der vom Energieversorgungsnetz bereitgestellten Leistung gewählt werden. Die Ladeleistung wird lediglich durch die technischen Eigenschaften des stationären Energiespeichers sowie des Fahrzeug-Akkus begrenzt. Somit lassen sich sehr kurze Ladezeiten ohne unerwünschte Netzrückwirkungen sowie ohne besondere Anforderungen an die Netzinfrastruktur erreichen.
There are a number of advantages:
  • - Decentralized fast charging of high-performance vehicle batteries (eg approx. 50 kW) is possible.
  • - The loading of the energy storage / buffer memory is preferably carried out in excess supply of energy, eg. B. from solar or wind power plants and / or at night. This achieves a leveling of energy consumption in the power grid.
  • - The electrical storage tank can also be used for partial or complete supply of other decentralized energy consumers, for example, in a household. A further advantage here is that a large proportion of the domestic installations can be implemented in a simple manner as a DC voltage supply (eg with protective extra-low voltage, ie a maximum of 42 VDC). So z. B. a LED lighting realized. In electronic consumers no rectifying and stabilizing power supplies are necessary and previously battery-powered consumers can be supplied directly with electrical energy from the energy storage. This can make a significant contribution to increasing energy efficiency. With the charge capacity of an energy storage / buffer storage, which is suitable for charging the battery of an electric vehicle, the average needs of a multi-person household cover largely or completely for several days.
  • - The vehicle battery types used in electric vehicles can also be used as a stationary energy store (as a so-called "mirror battery"). This ensures a high degree of economic efficiency, since vehicle batteries will be available as a mass product and correspondingly inexpensive.
  • - The fixed installation of the energy storage / buffer storage are largely avoided by frequent temperature changes (which often occur in mobile energy storage and can lead to a shortening of the life of the energy storage) largely avoided. Thus, a long life of the energy storage / buffer memory can be achieved.
  • - Preferably, in a DC load, especially in the electric vehicle, eliminates the otherwise required AC mains connection, since the consumer is powered by the energy storage directly with DC. The charging energy for the battery of the electric vehicle must therefore not be removed from the power grid. The electrical charging power can be selected independently of the power provided by the power grid. The charging power is limited only by the technical characteristics of the stationary energy storage and the vehicle battery. Thus, very short load times can be achieved without unwanted network perturbations and without any special requirements for the network infrastructure.

Der Energiegehalt/Kapazität von Batterien für Elektrofahrzeuge wird künftig bei einigen 10 kWh liegen. Durch die Nutzung des Energiespeichers/Pufferbatterie kann eine vollständige Ladung der Fahrzeugbatterie in einer Stunde oder sogar deutlich unter einer Stunde erfolgen, während ohne einen derartigen Energiespeicher/Pufferbatterie in der Regel mehrere Stunden notwendig sind.The energy content / capacity of batteries for electric vehicles will be some 10 kWh in the future. By using the energy storage / backup battery can be a full charge of the vehicle battery in one hour or even significantly less than an hour, while without such an energy storage / backup battery usually several hours are necessary.

Der Pufferspeicher/Energiespeicher und die Steuerung/Energiemanagementsystem können so eingerichtet sein, dass auch ein Rückspeisen der Energie aus dem Energiespeicher ins Energieversorgungsnetz zur Netzstützung bei erhöhtem Energiebedarf möglich ist. Da die Energiepreise zu Spitzenlastzeiten bzw. zur Spitzenlastdeckung deutlich höher liegen als bei einem Überangebot an Energie, ist verbraucherseitig ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil durch einen Verkauf von in dem Energiespeicher gespeicherter Energie erzielbar. Zudem trägt diese Rückspeisung zur Verbesserung der Energieeffizienz des gesamten Prozesses der Energieerzeugung und Energieverteilung bei.The buffer memory / energy storage and the controller / energy management system can be set up so that it is also possible to regenerate the energy from the energy store into the energy supply network to support the grid with increased energy requirements. Since the energy prices at peak load times or peak load coverage are significantly higher than in the event of an oversupply of energy, a considerable economic advantage can be achieved on the consumer side by selling energy stored in the energy store. In addition, this feedback contributes to improving the energy efficiency of the entire process of energy production and distribution.

Claims (22)

Verfahren zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (15) mit elektrischer Energie, wobei bei dem Verfahren – ein zwischen einem elektrischen Energieversorgungsnetz (1) und einem elektrischen Verbraucher (15) geschalteter elektrischer Energiespeicher (7) mit von dem Energieversorgungsnetz (1) übertragener elektrischer Energie aufgeladen wird und – bei Bedarf die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem Verbraucher (15) übertragen wird, wodurch der Verbraucher (15) ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes (1) mit elektrischer Energie versorgt wird.Method for supplying an electrical consumer ( 15 ) with electrical energy, wherein in the method - one between an electrical power grid ( 1 ) and an electrical consumer ( 15 ) switched electrical energy storage ( 7 ) from the power grid ( 1 ) is charged electrical energy and - if necessary, in the energy storage ( 7 ) stored energy in whole or in part to the consumer ( 15 ), whereby the consumer ( 15 ) without direct load on the energy supply network ( 1 ) is supplied with electrical energy. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ist.Method according to Claim 1, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) is an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator, is. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) örtlich bei dem Verbraucher (15) angeordnet ist.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) locally with the consumer ( 15 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) örtlich der elektrischen Hausinstallation eines Ein- oder Mehrfamilienhauses zugeordnet ist, an die der Verbraucher angeschlossen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) is locally associated with the electrical house installation of a single or multiple dwelling to which the consumer is connected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (15) ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the consumer ( 15 ) is an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator, is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Bedarf die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgestalteten Verbraucher (15) übertragen wird, wodurch der Energieinhalt des Energiespeichers (7) ganz oder teilweise in den als Akkumulator ausgestalteten Verbraucher (15) umgeladen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that - if necessary, in the energy store ( 7 ) stored energy in whole or in part to the consumer as an accumulator, in particular as a lithium-ion accumulator, designed ( 15 ), whereby the energy content of the energy store ( 7 ) in whole or in part in the consumer designed as an accumulator ( 15 ) is transhipped. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen des Energiespeichers (7) mit einer mittleren elektrischen Ladeleistung erfolgt, die geringer ist als die beim Versorgen des Verbrauchers (15) zu diesem übertragene mittlere elektrische Leistung.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging of the energy store ( 7 ) with a mean electrical charging power which is lower than that for the consumer ( 15 ) to this transmitted average electric power. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufladen des Energiespeichers (7) bevorzugt in Zeitspannen erfolgt, in denen elektrische Energie über den Bedarf hinaus zur Verfügung steht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the charging of the energy store ( 7 ) preferably takes place in periods of time during which electrical energy is available beyond the requirement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Zeitspannen hohen Energiebedarfs die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte elektrische Energie ganz oder teilweise in das Energieversorgungsnetz (1) übertragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in periods of high energy demand in the energy storage ( 7 ) stored electrical energy wholly or partly in the power grid ( 1 ) is transmitted. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) zumindest teilweise mittels regenerativer und/oder bei dem Energiespeicher angeordneter Energiequellen (40) aufgeladen wird, insbesondere mittels lokaler Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy store ( 7 ) at least partially by means of regenerative and / or energy sources arranged in the energy store ( 40 ) is charged, in particular by means of local photovoltaic or wind turbines. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Bedarf die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu mindestens zwei Verbrauchern (15, 35) übertragen wird, wodurch einer der Verbraucher (15) ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes (1) mit elektrischer Energie in Form von Gleichstrom versorgt wird und der andere Verbraucher (35) ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes (1) mit elektrischer Energie in Form von Wechselstrom versorgt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that - if necessary, in the energy store ( 7 ) stored energy in whole or in part to at least two consumers ( 15 . 35 ), whereby one of the consumers ( 15 ) without direct load on the energy supply network ( 1 ) is supplied with electrical energy in the form of direct current and the other consumer ( 35 ) without direct load on the energy supply network ( 1 ) is supplied with electrical energy in the form of alternating current. Anordnung zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers (15) mit elektrischer Energie, mit – einem zwischen einem elektrischen Energieversorgungsnetz (1) und einem elektrischen Verbraucher (15) geschalteten elektrischen Energiespeicher (7), der so geschaltet ist, dass er mit von dem Energieversorgungsnetz (1) übertragener elektrischer Energie aufgeladen wird und bei Bedarf die in ihm gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem Verbraucher (15) überträgt, wodurch der Verbraucher ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt wird. Arrangement for supplying an electrical consumer ( 15 ) with electrical energy, with - one between an electrical power grid ( 1 ) and an electrical consumer ( 15 ) switched electrical energy storage ( 7 ), which is connected in such a way that it can be connected to the power grid ( 1 ) is charged and, if necessary, the energy stored in it in whole or in part to the consumer ( 15 ) transmits, whereby the consumer is supplied with electrical energy without direct load of the power supply network. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischer Energiespeicher (7) ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ist.Arrangement according to claim 12, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) is an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator, is. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) örtlich bei dem Verbraucher (15) angeordnet ist.Arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) locally with the consumer ( 15 ) is arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (7) örtlich der Hausinstallation eines Ein- oder Mehrfamilienhauses zugeordnet ist, an die der Verbraucher angeschlossen ist.Arrangement according to one of claims 12 to 14, characterized in that the electrical energy store ( 7 ) is locally associated with the domestic installation of a single or multiple dwelling to which the consumer is connected. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (15) ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ist.Arrangement according to one of claims 12 to 15, characterized in that the consumer ( 15 ) is an accumulator, in particular a lithium-ion accumulator, is. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch eine Steuerung (5), die das Aufladen des Energiespeichers (7) und/oder das Übertragen der Energie zu dem Verbraucher (15) so steuert, dass bei Bedarf die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu dem als ein Akkumulator, insbesondere als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgestalteten Verbraucher (15) übertragen wird, wodurch der Energieinhalt des Energiespeichers (7) ganz oder teilweise in den als Akkumulator ausgestalteten Verbraucher (15) umgeladen wird.Arrangement according to one of Claims 12 to 16, characterized by a controller ( 5 ), the charging of the energy storage ( 7 ) and / or transmitting the energy to the consumer ( 15 ) controls so that when needed in the energy storage ( 7 ) stored energy in whole or in part to the consumer as an accumulator, in particular as a lithium-ion accumulator, designed ( 15 ), whereby the energy content of the energy store ( 7 ) in whole or in part in the consumer designed as an accumulator ( 15 ) is transhipped. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch eine Steuerung (5), die das Aufladen des Energiespeichers (7) und/oder das Übertragen der Energie zu dem Verbraucher (15) so steuert, dass das Aufladen des Energiespeichers (7) mit einer mittleren elektrischen Ladeleistung erfolgt, die geringer ist als die beim Versorgen des Verbrauchers (15) zu diesem übertragene mittlere elektrische Leistung.Arrangement according to one of Claims 12 to 17, characterized by a controller ( 5 ), the charging of the energy storage ( 7 ) and / or transmitting the energy to the consumer ( 15 ) controls so that charging the energy storage ( 7 ) with a mean electrical charging power which is lower than that for the consumer ( 15 ) to this transmitted average electric power. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch eine Steuerung (5), die das Aufladen des Energiespeichers (7) so steuert, dass das Aufladen des Energiespeichers (7) bevorzugt in Zeitspannen erfolgt, in denen elektrische Energie über den Bedarf hinaus zur Verfügung steht.Arrangement according to one of Claims 12 to 18, characterized by a controller ( 5 ), the charging of the energy storage ( 7 ) controls so that charging the energy storage ( 7 ) preferably takes place in periods of time during which electrical energy is available beyond the requirement. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Steuerung (5), die ein Entladen des Energiespeichers (7) so steuert, dass in Zeitspannen hohen Energiebedarfs die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte elektrische Energie ganz oder teilweise in das Energieversorgungsnetz (1) übertragen wird.Arrangement according to one of Claims 12 to 19, characterized by a controller ( 5 ), which is a discharge of the energy store ( 7 ) controls so that in periods of high energy demand in the energy storage ( 7 ) stored electrical energy wholly or partly in the power grid ( 1 ) is transmitted. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch eine Steuerung (5), die das Aufladen des Energiespeichers (7) so steuert, dass der Energiespeicher (7) zumindest teilweise mittels regenerativer und/oder bei dem Energiespeicher angeordneter Energiequellen (40) aufgeladen wird, insbesondere mittels lokaler Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.Arrangement according to one of Claims 12 to 20, characterized by a controller ( 5 ), the charging of the energy storage ( 7 ) controls so that the energy storage ( 7 ) at least partially by means of regenerative and / or energy sources arranged in the energy store ( 40 ) is charged, in particular by means of local photovoltaic or wind turbines. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass – bei Bedarf die in dem Energiespeicher (7) gespeicherte Energie ganz oder teilweise zu mindestens zwei Verbrauchern (15, 35) übertragbar ist, wodurch einer der Verbraucher (15) ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes (1) mit elektrischer Energie in Form von Gleichstrom versorgt wird und der andere Verbraucher (35) ohne unmittelbare Belastung des Energieversorgungsnetzes (1) mit elektrischer Energie in Form von Wechselstrom versorgt wird.Arrangement according to one of claims 12 to 21, characterized in that - if necessary, in the energy store ( 7 ) stored energy in whole or in part to at least two consumers ( 15 . 35 ), whereby one of the consumers ( 15 ) without direct load on the energy supply network ( 1 ) is supplied with electrical energy in the form of direct current and the other consumer ( 35 ) without direct load on the energy supply network ( 1 ) is supplied with electrical energy in the form of alternating current.
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