DE102016122909A1 - Storage device for electrical energy and operating methods - Google Patents
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Abstract
Eine Speichereinrichtung (2) für elektrische Energie (E), mit einem Eingang (4) und einem Ausgang (6) weist mehrere Aufnahmen (8a-c) für Speicherpakete (10) auf, wobei jede Aufnahme (8a-c) eine Schnittstelle (12a-c) zur Kontaktierung des Speicherpaketes (10) und einen Sensor (14a-c) mit Kontaktsignal (Ka-c) bei kontaktierter Schnittstelle (12a-c) aufweist, wobei jede Aufnahme (8a-c) eine Ladesteuerung (16a-c) enthält, um das Speicherpaket (10) ausschließlich bei Vorliegen des Kontaktsignals (Ka-c) zu laden, und die Speichereinrichtung (2) eine Entladesteuerung (20) für alle Aufnahmen (8a-c) enthält, die Speicherpakete (10) ausschließlich bei Vorliegen des Kontaktsignals (Ka-c) zu entladen, wobei alle Schnittstellen (12a-c) über einen Knoten (22) zum Ausgang (6) führen.Bei einem Verfahren zum Betreiben der Speichereinrichtung (2) wird ein Speicherpaket (10) nur bei aktivem Kontaktsignal (Ka-c) geladen oder entladen.A storage device (2) for electrical energy (E), with an input (4) and an output (6) has a plurality of receptacles (8a-c) for memory packs (10), each receptacle (8a-c) having an interface (FIG. 12a-c) for contacting the memory pack (10) and a sensor (14a-c) with contact signal (Ka-c) at contacted interface (12a-c), each receptacle (8a-c) a charge controller (16a-c ) to load the memory pack (10) exclusively in the presence of the contact signal (Ka-c), and the memory means (2) includes a discharge control (20) for all recordings (8a-c) containing the memory packs (10) exclusively In the case of a method for operating the memory device (2), a memory packet (10) is only included in a method for operating the memory device (2) active contact signal (Ka-c) is charged or discharged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung für elektrische Energie und ein Verfahren zum Betreiben der Speichereinrichtung.The invention relates to a storage device for electrical energy and a method for operating the storage device.
In vielen Bereichen des täglichen Lebens, insbesondere in und an Gebäuden, insbesondere in Wohngebäuden, besteht Bedarf an elektrischer Energie, z.B. zum Betreiben von Haushaltsgeräten oder Beleuchtungen, aber auch zur Warmwasserbereitung oder zum Laden eines Elektromobils. Üblicherweise wird hierzu Energie aus dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezogen.In many areas of daily life, especially in and on buildings, especially in dwellings, there is a need for electrical energy, e.g. for the operation of household appliances or lighting, but also for hot water or for charging an electric vehicle. Usually this energy is obtained from the public power grid.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Energieversorgung mit elektrischer Energie zu verbessern.The object of the present invention is to improve the energy supply with electrical energy.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Speichereinrichtung für elektrische Energie gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by a storage device for electrical energy according to claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of the invention will become apparent from the other claims, the following description and the accompanying drawings.
Die Speichereinrichtung weist einen Eingang zur Aufnahme der elektrischen Energie und einen Ausgang zur Abgabe der elektrischen Energie auf. Die Speichereinrichtung weist mehrere Aufnahmen für Speicherpakete auf, wobei die Speicherpakete zur Speicherung (und dem Laden / Entladen) elektrischer Energie dienen. In jeder der Aufnahmen ist ein jeweiliges Speicherpaket aufnehmbar. Jedes der Speicherpakete weist dabei eine Gleichspannung auf bzw. ist die Speichereinrichtung für solche Speicherpakete ausgelegt, die mit Gleichspannung geladen und entladen werden.The memory device has an input for receiving the electrical energy and an output for emitting the electrical energy. The memory device has a plurality of recordings for memory packs, wherein the memory packs serve for the storage (and the charging / discharging) of electrical energy. In each of the recordings a respective memory package is receivable. Each of the memory packs has a DC voltage or the memory device is designed for such memory packs which are charged and discharged with DC voltage.
Jede der Aufnahmen weist eine elektrische Schnittstelle auf. Die Schnittstelle dient dazu, das Speicherpaket zumindest zur Übertragung der Energie in das Speicherpaket hinein (Laden) und/oder aus dem Speicherpaket heraus (Entladen) elektrisch zu kontaktieren. Jede der Aufnahmen weist außerdem einen Sensor auf. Der Sensor erkennt (unmittelbar oder mittelbar) ein an der Schnittstelle angeschlossenes, d.h. kontaktiertes Speicherpaket und weist ein Kontaktsignal nur dann auf, wenn das Speicherpaket in der Schnittstelle kontaktiert ist, das heißt ein elektrischer Kontakt zwischen Speicherpaket und Schnittstelle hergestellt ist. D.h., das Kontaktsignal ist aktiv, wenn die Schnittstelle entsprechend kontaktiert ist und ansonsten inaktiv.Each of the recordings has an electrical interface. The interface serves to electrically contact the memory pack (at least) for the transmission of the energy into the memory pack (charging) and / or out of the memory pack (unloading). Each shot also has a sensor. The sensor detects (directly or indirectly) a connected to the interface, i. contacted memory pack and has a contact signal only when the memory pack is contacted in the interface, that is, an electrical contact between the memory pack and interface is made. That is, the contact signal is active when the interface is contacted and otherwise inactive.
Jede der Aufnahmen weist eine Ladesteuerung für das jeweilige Speicherpaket auf. Die jeweilige Ladesteuerung ist mit dem jeweiligen Sensor der Aufnahme verbunden. Die Ladesteuerung dient damit zur Steuerung der Ladung des jeweiligen in der Aufnahme einsetzbaren Speicherpaketes, d.h., das Speicherpaket bei vorliegendem oder aktivem Kontaktsignal mit Energie aus dem Eingang zu laden. Der entsprechende Ladevorgang findet gemäß Auslegung der Speichereinrichtung ausschließlich nur bei Vorliegen des Kontaktsignals statt, d.h. kann nur dann bei Bedarf stattfinden.Each of the recordings has a charge control for the respective storage package. The respective charging control is connected to the respective sensor of the recording. The charge control thus serves to control the charge of the respective memory pack which can be used in the receptacle, that is to charge the memory pack with energy from the input when the contact signal is present or active. The corresponding charging process takes place according to the design of the memory device exclusively only in the presence of the contact signal, i. can only take place if necessary.
Die Speichereinrichtung weist außerdem eine Entladesteuerung auf. Die Entladesteuerung ist mit den bzw. allen Sensoren aller Aufnahmen verbunden. Die Entladesteuerung ist für alle Aufnahmen gemeinsam zuständig. Die Entladesteuerung dient dazu, wenigstens eines der Speicherpakete mit vorliegendem bzw. aktivem Kontaktsignal zum Ausgang hin zu entladen. Auch die Entladung findet gemäß Auslegung der Speichereinrichtung ausschließlich bei Vorliegen des Kontaktsignals statt, d.h. kann nur dann bei Bedarf stattfinden.The storage device also has a discharge control. The discharge control is connected to the or all sensors of all recordings. The discharge control is jointly responsible for all recordings. The discharge control serves to discharge at least one of the memory packets with the present or active contact signal to the output. The discharge takes place according to the design of the memory device exclusively in the presence of the contact signal, i. can only take place if necessary.
Bezüglich der Entladung der Speicherpakete führen alle Schnittstellen zu einem Knoten (eine jeweilige Entladeleitung von der Schnittstelle zum Knoten) und über diesen (eine gemeinsame Entladeleitung) zum Ausgang. Zwischen dem Knoten und dem Ausgang ist insbesondere ein Wechselrichter (in der Entladeleitung) angeordnet.With respect to the discharge of the memory packets, all the interfaces lead to a node (a respective discharge line from the interface to the node) and via this (a common discharge line) to the output. In particular, an inverter (in the discharge line) is arranged between the node and the output.
Die genannte Kontaktierung dient also zum Austausch von Energie, also zum Laden und/oder Entladen eines jeweiligen Speicherpaketes. Jede Schnittstelle weißt daher mindestens einen zweipoligen Anschluss (Gleichspannungsanschluss) für eine Stromeinspeisung und/oder Stromentnahme in oder aus dem Speicherpaket auf. An und ggf. in den Speicherpaketen (also ggf. an einzelnen Speicherzellen) herrscht also Gleichspannung. Insbesondere herrscht auch an den Schnittstellen und dem Knoten Gleichspannung. Ein Gleichrichter ist insbesondere an beliebiger Stelle zwischen Eingang und Speicherpaket bzw. einer Speicherzelle angeordnet, um in den Eingang eingespeiste Wechselspannungen in Gleichspannung bzw. Gleichstrom zum Laden zu richten.The aforementioned contacting thus serves to exchange energy, that is to say for charging and / or discharging a respective memory pack. Each interface therefore has at least one two-pole connection (DC voltage connection) for a power supply and / or current drain in or out of the memory pack. At and possibly in the memory packs (ie, if necessary, to individual memory cells) so there is DC voltage. In particular, there is also DC voltage at the interfaces and the node. A rectifier is arranged in particular at any point between the input and the memory pack or a memory cell in order to direct AC voltages fed into the input into direct voltage or direct current for charging.
Optional sind also Gleich- und/oder Wechselrichter zwischen Eingang und Speicherpaket bzw. zwischen Speicherpaket und Ausgang vorgesehen. Dann liegen an Ein- und/oder Ausgang Wechselspannungen an.Optionally, therefore, DC and / or inverters are provided between the input and the memory pack or between the memory pack and the output. Then apply to input and / or output AC voltages.
Gemäß der Erfindung ist sichergestellt, dass eine Ladung und Entladung eines Speicherpaketes immer nur dann stattfindet, wenn dieses betriebsbereit an der Schnittstelle kontaktiert ist, das heißt die Energieübertragung auch störungsfrei möglich ist. Andererseits wird so ermöglicht, dass bei einem An- oder Abkoppeln des Speicherpaketes an der Schnittstelle noch kein Energieaustausch (oder nicht mehr) stattfindet, da in diesem Zustand keine Kontaktierung im Sinne der Erfindung bzw. einer betriebsbereiten Kontaktierung vorliegt.According to the invention, it is ensured that a charge and discharge of a storage package always takes place only when it is contacted in an operational manner at the interface, that is, the energy transfer is also possible without interference. On the other hand, this makes it possible that when connecting or disconnecting the memory package at the interface no energy exchange (or no more) takes place, since in this state there is no contacting in the sense of the invention or an operational contacting.
Insbesondere sind dabei Hilfsmittel vorgesehen, die während der „Kontaktierung“ ein Lösen aus der Schnittstelle verhindern, beispielsweise durch eine mechanische Verriegelung.In particular, aids are provided which prevent detachment from the interface during "contacting", for example by a mechanical interlock.
Insbesondere schließt die Erfindung die Anbindung an eine übergeordnete Zentralsteuerung mit ein, die als übergeordnete Steuerung für die Ladesteuerungen und die Entladesteuerung dient. Über die Zentralsteuerung kann somit Laden und Entladen in einem Gesamtsystem wunschgemäß synchronisiert bzw. gesteuert werden, zum Beispiel in einer autarken Energieversorgungszentrale für ein Gebäude, z.B. ein Wohnhaus. Gebäude sind hierbei insbesondere Ein- oder Zweifamilienhäuser oder kleinere Betriebsgebäude.In particular, the invention includes the connection to a higher-level central control, which serves as a higher-level control for the charging controls and the discharge control. Charging and discharging in an overall system can thus be synchronized or controlled as desired via the central controller, for example in a self-sufficient energy supply center for a building, e.g. a residential building. Buildings here are especially one- or two-family houses or smaller buildings.
Insbesondere ist stets auch ein beliebiges Durchschleifen von Energie vom Eingang zum Ausgang möglich, ohne dass hierbei eines der Speicherpakete geladen wird. Dies ist zum Beispiel sinnvoll, wenn über den Ausgang ein Elektromobil mit Strom versorgt werden soll, der am Eingang aus der Photovoltaikanlage oder einem Blockheizkraftwerk zur Verfügung steht. Das Durchschleifen kann auch jeweils nur einen Teil der am Eingang zur Verfügung stehenden Energie betreffen, sodass der restliche Teil der Energie im Speicherpaket gespeichert wird.In particular, an arbitrary looping through of energy from the input to the output is always possible without loading one of the memory packs. This is useful, for example, if the output is to supply an electric vehicle with electricity that is available at the entrance from the photovoltaic system or a combined heat and power plant. Looping may also only apply to a portion of the energy available at the input so that the remainder of the energy is stored in the memory pack.
Durch die Erfindung ist eine skalierbare Speichereinrichtung geschaffen, welche durch Hinzufügen oder Entfernen von Speicherpaketen in ihrer Speicherkapazität modular erweiterbar oder reduzierbar ist. Insbesondere sind vier Aufnahmen für vier Speicherpakete vorgesehen. Ein Speicherpaket besitzt hierbei insbesondere eine Speicherleistung von 3-8, insbesondere 4-7, insbesondere 5-6, insbesondere 5,5 kWh. Durch die Leistungsübertragung bzw. Energieübertragung nur bei Vorliegen des Kontaktsignals kann ein sogenanntes „Hot-Plugging“ der Speicherpakete in den Aufnahmen realisiert werden, das heißt diese können während des Betriebs der Speichereinrichtung oder auch einer übergeordneten Anlage in die Aufnahmen eingesetzt oder aus diesen entnommen werden, ohne dass es zu Spannungs- oder Stromspitzen kommt. Eine „Anmeldung“ oder „Abmeldung“ der Pakete an der Anlage kann dann eine Anlagensteuerung automatisch übernehmen. Ansonsten bleibt die Schnittstelle Einrichtungsseitig spannungs- und/oder stromfrei, jedenfalls lastfrei geschaltet.The invention provides a scalable storage device which can be modularly expanded or reduced by adding or removing storage packets in its storage capacity. In particular, four recordings are provided for four memory packs. In this case, a memory pack has in particular a memory power of 3-8, in particular 4-7, in particular 5-6, in particular 5.5 kWh. By the power transmission or energy transfer only in the presence of the contact signal, a so-called "hot-plugging" of the memory packages can be realized in the recordings, that is, these can be used during operation of the memory device or a higher-level system in the recordings or removed from these without any voltage or current peaks. A "logon" or "logout" of the packages at the plant can then automatically take over a plant control. Otherwise, the interface remains on the device side voltage and / or current-free, at least switched load-free.
Auch ergibt sich so der Vorteil, dass eine entsprechende Anlage in vergleichsweise leichte Komponenten aufgeteilt werden kann (Grundgerüst mit Aufnahmen / Steuerung / mehrere Akku-Pakete (Speicherpakete)). So ist ein einfacher händischer Transport ohne Hubgeräte möglich. Vor Ort kann eine Speichereinrichtung dann einfach zusammengebaut werden, da insbesondere die Speicherpakete nur eingeschoben werden müssen. Eine „Anmeldung“ an der Anlage kann dann eine Anlagensteuerung automatisch übernehmen.Also, there is the advantage that a corresponding system can be divided into relatively light components (basic structure with recordings / control / multiple battery packs (storage packages)). So a simple manual transport without lifting equipment is possible. On site, a storage device can then be easily assembled, since in particular the storage packages only need to be inserted. An "application" to the system can then automatically take over a system control.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufnahme als Schubfachaufnahme zum Einschieben des Speicherpaketes ausgebildet. Eine Schubfachaufnahme ist technisch besonders einfach realisierbar und auch zu bedienen. Außerdem bietet sich so der Vorteil, dass die Schnittstelle in Einschubrichtung kontaktierbar ausgeführt werden kann. Durch z.B. lineares Einschieben des Speicherpaketes in das Schubfach bzw. die Schubfachaufnahme gelangen so zum Beispiel auf der letzten Einschubstrecke vor einem Anschlag in einer Endposition Steckverbinder der Schnittstelle automatisch in Eingriff mit entsprechenden Gegenstücken am Speicherpaket. Durch das Einschieben erfolgt somit eine automatische Kontaktierung der Schnittstelle bzw. eine zwangsweise Kontaktierung, sodass eine zusätzliche händische Kontaktierung entfällt.In a preferred embodiment, the receptacle is designed as a drawer receptacle for inserting the storage package. A drawer receptacle is technically particularly easy to implement and also to use. In addition, there is the advantage that the interface in the insertion direction can be made contactable. By e.g. linear insertion of the storage package into the drawer or the drawer receiving thus reach, for example, on the last insertion distance before a stop in an end position connector of the interface automatically into engagement with corresponding counterparts on the memory pack. By inserting thus takes place an automatic contacting of the interface or a forced contacting, so that additional manual contact is eliminated.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Eingang und/oder der Ausgang ein dreiphasiger Wechselspannungsanschluss. Somit dient jedes der Speicherpakete bereits zur Herstellung einer Speicherleistung in einem vollständig dreiphasigen System der Speichereinrichtung. Derartige Speichereinrichtungen lassen sich so bei vollständiger Erhaltung jeglicher dreiphasiger Funktionalität insbesondere in eine übliche Gebäudeinstallation eines Wohnhauses usw. integrieren. Insbesondere handelt es sich bei Eingang und Ausgang jeweils um einen Wechselspannungsanschluss mit 230 Volt pro Phase, das heißt einen 400 Volt Drehstromanschluss. Auch der Wechselrichter und Gleichrichter ist dann dreiphasig ausgeführt. Insbesondere sind diese schieflastfähig.In a preferred embodiment, the input and / or the output is a three-phase AC voltage connection. Thus, each of the memory packs already serves to produce a memory power in a fully three-phase system of the memory device. Such memory devices can be integrated with complete preservation of any three-phase functionality in particular in a conventional building installation of a residential building, etc. In particular, the input and output are each an AC voltage terminal of 230 volts per phase, that is, a 400 volt three-phase connection. Also, the inverter and rectifier is then carried out three-phase. In particular, these are unlucky.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Speichereinrichtung mindestens ein Speicherpaket, das in wenigstens eine der Aufnahmen einsetzbar ist. So können Speicherpaket und restliche Speichereinrichtung, zum Beispiel Aufnahme, Schnittstelle, Sensor, Steuerungen usw. optimal aufeinander abgestimmt sein. Das Speicherpaket ist dabei insbesondere in eine beliebige Aufnahme einsetzbar und entnehmbar, insbesondere sind alle Aufnahme und Speicherpakete für eine Speichereinrichtung so ausgelegt, dass jedes der Speicherpakete in jede der Aufnahmen einsetzbar und entnehmbar ist. Insbesondere weisen alle Speicherpakete einer Speichereinrichtung gleiche Nennspannung auf. SO ist eine einfache, insbesondere stromgesteuerte Parallelschaltung der Speicherpakete zur Ladung und/oder Entladung möglich.In a preferred embodiment, the memory device contains at least one memory pack which can be inserted into at least one of the recordings. Thus, the memory package and remaining memory device, for example recording, interface, sensor, controls, etc., can be optimally matched to one another. The memory pack can be used and removed in particular in any desired recording, in particular all recording and memory packs for a memory device are designed such that each of the memory packs can be inserted and removed in each of the recordings. In particular, all memory packets of a memory device have the same rated voltage. SO a simple, in particular current-controlled parallel connection of the storage packages for charging and / or discharging is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das in die Aufnahme in eine Endposition eingesetzte Speicherpaket automatisch in der Schnittstelle kontaktiert. Die Aufnahme - und/oder falls vorhanden das Speicherpaket - weist dabei eine Riegelvorrichtung auf. Die Riegelvorrichtung dient dazu, das Speicherpaket mechanisch in der Endposition zu verriegeln, sodass dieses aus der Endposition und somit auch aus der Schnittstelle nicht lösbar ist. Der Sensor ist mit der Riegelvorrichtung gekoppelt und zwar derart, dass das Kontaktsignal nur vorliegt bzw. aktiv ist, wenn sich die Riegelvorrichtung in einem verriegelten Zustand befindet, d.h. verriegelt ist. Insbesondere ist die Verriegelbarkeit nur dann gegeben, wenn tatsächlich ein Speicherpaket in die Endposition eingesetzt ist und die Aufnahme nicht leer ist. Zuerst muss das Speicherpaket also in die Endposition gebracht und damit kontaktiert werden, erst dann kann das Kontaktsignal durch Verriegelung aktiviert werden. Umgekehrt muss zunächst das Kontaktsignal unterbrochen werden, um die Riegelvorrichtung zu lösen und so überhaupt erst zu ermöglichen, das Speicherpaket aus der Schnittstelle zu trennen. In a preferred embodiment, the memory pack inserted into the receptacle into an end position is automatically contacted in the interface. The receptacle - and / or, if present, the storage package - in this case has a locking device. The locking device serves to lock the memory pack mechanically in the end position so that it is not detachable from the end position and thus also from the interface. The sensor is coupled to the locking device in such a way that the contact signal is present only or is active when the locking device is in a locked state, that is locked. In particular, the lockability is only given if in fact a memory pack is inserted into the end position and the recording is not empty. First, the memory package must be brought into the end position and thus contacted, only then the contact signal can be activated by locking. Conversely, the contact signal must first be interrupted in order to release the locking device and thus to enable the memory packet to be disconnected from the interface in the first place.
So ist stets sichergestellt, dass nur für den Fall, dass ein Speicherpaket sicher und unentfernbar in der Schnittstelle kontaktiert ist, das Kontaktsignal vorhanden ist. Dies führt insbesondere dazu, dass ein Trennen des Speicherpaketes von der Schnittstelle während eines Lade- oder Entladevorgangs sicher verhindert werden kann. Denn vor einem Lösen aus der Schnittstelle muss das Paket entriegelt werden und das Sensorsignal verschwindet. So bleibt genügend Zeit, die Schnittstelle stromlos und/oder spannungsfrei, zumindest lastfrei zu stellen.Thus, it is always ensured that only in the event that a memory package is contacted safely and undetectable in the interface, the contact signal is present. This results in particular in that a separation of the storage package from the interface during a loading or unloading can be safely prevented. Because before a release from the interface, the package must be unlocked and the sensor signal disappears. This leaves enough time to put the interface de-energized and / or de-energized, at least load-free.
So bleibt stets genügend Zeit, um das Speicherpaket an der Speichereinrichtung (und ggf. einem Gesamtsystem, in das die Speichereinrichtung eingebunden ist) vor der Entnahme „abzumelden“ und nach dem Einsetzen „anzumelden“. So kann das Speicherpaket stets ordnungsgemäß in ein System eingebunden sein.Thus, there is always enough time to "log off" the storage package at the storage device (and possibly an entire system in which the storage device is integrated) before removal and "to log in" after insertion. Thus, the memory package can always be properly integrated into a system.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält das Speicherpaket mindestens zwei Speicherzellen. Jeder der Speicherzellen ist eine jeweilige Ladevorrichtung zur individuellen Ladung dieser Speicherzelle (insbesondere mit mindestens einer jeweils individuellen Ladeleitung zu jeder der Zellen) zugeordnet. Die Zellen sind außerdem zu gemeinsamen Entladung über eine einzige Entladeleitung in Reihe geschaltet. Insbesondere enthält das Speicherpaket 6-10, insbesondere 8 Speicherzellen. Eine „individuelle“ Ladung bedeutet, dass jede Speicherzelle für sich individuell und unabhängig von den anderen Speicherzellen geladen werden kann, hierbei sind jedoch eine oder mehrere Speicherzellen auch parallel ladbar. Dies geschieht beispielsweise durch Einzelkontaktierung aller Speicherzellen und eine Potentialanpassung in der jeweiligen Ladeleitung bezüglich des Potentials der Ladeanschlüsse. Somit ist pro Zelle eine individuelle Stromstärke einstellbar.In a preferred variant of this embodiment, the memory package contains at least two memory cells. Each of the memory cells is associated with a respective charging device for individually charging this memory cell (in particular with at least one respective individual charging line to each of the cells). The cells are also connected in series for common discharge via a single discharge line. In particular, the memory package contains 6-10, in particular 8 memory cells. An "individual" charge means that each memory cell can be charged individually and independently of the other memory cells, but in this case one or more memory cells can also be loaded in parallel. This happens, for example, by individual contacting of all memory cells and potential matching in the respective charging line with respect to the potential of the charging connections. Thus, an individual current is adjustable per cell.
Insbesondere ist die Ladevorrichtung ein sogenannter „Charger“ und die Ladesteuerung fungiert als „Master“ für alle Ladevorrichtungen.In particular, the charging device is a so-called "charger" and the charging control acts as a "master" for all charging devices.
Die Entladung erfolgt dagegen ausschließlich nur über alle Speicherzellen in Reihenschaltung. Dies führt zu dem Vorteil, dass eine massive elektrische Verbindung mit vergleichsweise hoher Stromtragfähigkeit nur für die Reihenschaltung zur Hochstromentladung notwendig ist. Die Kontaktierung pro Zelle zur Ladung kann hierbei eine vergleichsweise geringere Stromtragfähigkeit aufweisen. So sind nur wenige massive Verbindungsleitungen für die Reihenschaltung notwendig. Die größere Anzahl an Ladeleitungen (insbesondere mindestens 2 pro Zelle) kann dabei einfacher, d.h. mit weniger Stromtragfähigkeit, ausgeführt werden.In contrast, the discharge takes place exclusively only via all memory cells in series connection. This leads to the advantage that a massive electrical connection with comparatively high current carrying capacity is only necessary for the series connection for high-current discharge. The contact per cell to the charge may have a comparatively lower current carrying capacity. So only a few massive connecting cables for series connection are necessary. The larger number of charging lines (in particular at least 2 per cell) can thereby simpler, i. with less current carrying capacity.
Insgesamt führt diese Ausführungsform dazu, dass jede Zelle im Speicherpaket optimal ladbar ist, was insgesamt die Zellenlebensdauer erhöht.Overall, this embodiment results in each cell in the memory pack being optimally loadable, which increases overall cell life.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist jeder der Speicherzellen eine mit der Ladesteuerung verbundene Zellsteuerung der jeweiligen Ladevorrichtung zugeordnet, die zur Steuerung der individuellen Ladung der Speicherzelle dient. Somit ist es möglich, jeden Ladevorgang an jeder einzelnen Speicherzelle individuell und lokal zu steuern.In a preferred variant of this embodiment, each of the memory cells is associated with a cell controller connected to the charging controller of the respective charging device, which is used to control the individual charge of the memory cell. Thus, it is possible to individually and locally control each load on each individual memory cell.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist mindestens eine der Zellsteuerungen über die Schnittstelle mit der Ladesteuerung verbunden. Insbesondere wenn alle Zellsteuerungen über die Schnittstelle mit der Ladesteuerung verbunden sind, reicht ein einfaches bzw. einmaliges Kontaktieren des Speicherpaketes in der Schnittstelle, um sämtliche elektrische Verbindungen zum Laden, Entladen und zur Ladesteuerung für das gesamte Speicherpaket herzustellen. Zusätzliche Verbindungen sind somit nicht notwendig.In a preferred variant of this embodiment, at least one of the cell controllers is connected to the charging controller via the interface. In particular, when all cell controllers are connected to the charging controller via the interface, simply contacting the memory pack in the interface is enough to establish all electrical connections for charging, discharging and charging control for the entire memory pack. Additional connections are therefore not necessary.
Insbesondere kann über die Schnittstelle auch eine entsprechende Sensorik, zum Beispiel Temperatur-, Spannungs- und Stromsensorik im und am Speicherpaket, mit kontaktiert werden, um volle Kontrolle über das Speicherpaket und die individuellen Zellen zu erhalten.In particular, a corresponding sensor system, for example temperature, voltage and current sensors in and on the memory pack, can also be contacted via the interface in order to obtain full control over the memory pack and the individual cells.
Insbesondere ist ein Stromshunt im Speicherpaket in der Entladeleitung vorgesehen, um den Entladestrom zu messen. Auch ist insbesondere eine jeweiliges Spannungs- und Temperaturmessung pro Speicherzelle bzw. entsprechende Sensoren oder Anschlüsse, vorgesehen. Somit gelangen sämtliche relevanten Informationen über das Speicherpaket über die Schnittstelle „nach außen“ und sind dort verfügbar und alle einzelnen Ladevorgänge lassen sich individuell beobachten und steuern. So ist auch ein individueller Austausch einzelner Speicherzellen in einem Speicherpaket zielgerichtet möglich, da eine defekte Speicherzelle identifizierbar ist.In particular, a current shunt is provided in the memory pack in the discharge line to measure the discharge current. In particular, a respective voltage and temperature measurement per memory cell or corresponding sensors or connections is provided. Thus, all get relevant information about the memory package via the interface "to the outside" and are there available and all individual loading operations can be individually monitored and controlled. Thus, an individual exchange of individual memory cells in a memory package is purposefully possible because a defective memory cell is identifiable.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Eingang Teileingänge für den Anschluss einer Photovoltaikquelle und/oder eines Blockheizkraftwerkes und/oder eines Energieversorgungsnetzes auf. Die Teileingänge sind hierbei hinsichtlich ihrer Leistungsaufnahme insbesondere von den Ladesteuereinheiten und/oder der Entladesteuerung und/oder gegebenenfalls von einer übergeordneten Zentralsteuerung gesteuert. Insbesondere kann die Speichereinrichtung einen Autarkiebetrieb aufweisen, in dem diese vom Energieversorgungsnetz getrennt ist und somit lediglich aus der Photovoltaikquelle und/oder dem Blockheizkraftwerk Energie bezieht. Somit sind sogenannte „Insellösungen“ zur Strom- und/oder zur Strom-/Wärmeversorgung möglich. Beispielsweise wird dann nur im Notfall Energie aus dem Energieversorgungsnetz bezogen, die dann jedoch insbesondere nicht im Akku gespeichert wird, sondern lediglich vom Eingang zum Ausgang bzw. zu Verbrauchern durchgeschleift wird. Alternativ können die Speicherpakete jedoch auch als Energiesenke für das Energieversorgungsnetz betrieben werden, um beispielsweise einem Netzbetreiber Abnahmesenken zum Abstoßen von Überkapazitäten zur Verfügung zu stellen.In a preferred embodiment, the input part inputs for the connection of a photovoltaic source and / or a combined heat and power plant and / or a power grid. With regard to their power consumption, the parts inputs are controlled in particular by the charging control units and / or the discharge control and / or optionally by a higher-level central control. In particular, the storage device can have a self-service mode in which it is disconnected from the energy supply network and therefore only receives energy from the photovoltaic source and / or the combined heat and power plant. Thus, so-called "isolated solutions" for electricity and / or electricity / heat supply are possible. For example, then only in an emergency energy from the power grid related, but then in particular is not stored in the battery, but only from the entrance to the output or consumers is looped through. Alternatively, however, the storage packets can also be operated as an energy sink for the energy supply network in order, for example, to provide a network operator with acceptance sinks for rejecting excess capacity.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ausgang Teilausgänge für den Anschluss eines Gebäudeverteilers und/oder einer elektrischen Warmwasserheizung und/oder eines Elektromobils auf. Die Teilanschlüsse sind von der Entladesteuerung geregelt, insbesondere auch oder alternativ von einer übergeordneten Systemsteuerung. Insbesondere wird als Warmwasserheizung eine leistungsgeregelte Warmwasserheizung betrieben, um gegebenenfalls überschüssige elektrische Energie, die anderweitig nicht benötigt wird, leistungsgeregelt zur Wassererwärmung bzw. zur Speicherung als Wärmeenergie in Warmwasser zu nutzen. Beispielsweise ist eine Heizlanze in einem Warmwasser- bzw. Pufferspeicher am entsprechenden Teilausgang anschließbar. Anstelle Wasser kann auch jedes andere Medium im Pufferspeicher oder in sonstigen Gefäßen zur Energiespeicherung genutzt werden bzw. erwärmt werden.In a preferred embodiment, the output on partial outputs for the connection of a building distributor and / or an electric hot water heater and / or an electric vehicle. The partial connections are regulated by the discharge control, in particular also or alternatively by a higher-level system control. In particular, a power-controlled hot water heating is operated as a hot water heater in order to possibly use excess electrical energy that is not otherwise required, power-controlled for heating water or for storage as heat energy in hot water. For example, a heating lance in a hot water or buffer storage at the corresponding sub-output can be connected. Instead of water, any other medium in the buffer or in other vessels can be used for energy storage or heated.
Bezüglich des Elektromobils erfolgt dessen Versorgung insbesondere nicht aus dem Energiespeicher sondern durch Durchschleifen von am Eingang zur Verfügung gestellter Energie, welche zum Beispiel nicht im Akkumulator gespeichert werden kann oder soll, beispielsweise Überkapazität einer Photovoltaikanlage oder eines Blockheizkraftwerkes.With regard to the electric vehicle, its supply does not take place, in particular, from the energy store but by looping through energy provided at the input, which, for example, can not or should not be stored in the accumulator, for example overcapacity of a photovoltaic system or of a combined heat and power plant.
Die Speichereinrichtung dient jedoch niemals als Energiequelle für das Energieversorgungsnetz, das heißt eine Netzrückspeisung ist ausgeschlossen.However, the storage device never serves as an energy source for the power grid, that is, a power feedback is excluded.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung. Gemäß dem Verfahren wird ein jeweiliges Speicherpaket nur dann mit Energie geladen oder entladen, wenn das entsprechende Kontaktsignal vorliegt. Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung erläutert.The object is also achieved by a method for operating a memory device according to the invention. According to the method, a respective memory pack is only charged or discharged with energy when the corresponding contact signal is present. The method and at least a part of its embodiments as well as the respective advantages have been explained analogously already in connection with the memory device according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Schnittstelle zumindest in Bezug auf die Übertragung der Energie einrichtungsseitig spannungs- und stromfrei (insbesondere lastfrei) geschaltet, nachdem das Kontaktsignal deaktiviert wurde und mit Spannung und Strom (Last) erst beschaltet, nachdem das Kontaktsignal aktiviert wurde. Die Spannungs- und Stromfreischaltung erfolgt insbesondere unverzüglich nach der Deaktivierung, das heißt so schnell wie aufgrund von Laufzeiten und Verarbeitungszeiten in entsprechenden Steuerungen möglich. Auch die Beschaltung mit Spannung und Strom kann unverzüglich erfolgen, nachdem das Kontaktsignal aktiviert wurde. Hier ist aber auch eine Belastung zu einem späteren Zeitpunkt möglich, insbesondere nachdem eine „Anmeldung“ des „neuen“ Speicherpaketes im System erfolgte, z.B. eine Synchronisation der Spannungen, eine Überprüfung der Speicherspannung, ein Systemtest des Speicherpaketes usw. Insgesamt wird so erreicht, dass ein Verbinden und Trennen des Speicherpaketes mit der Schnittstelle stets spannungs- und stromfrei (lastfrei) erfolgt.In a preferred embodiment, the interface, at least in relation to the transmission of energy on the device side voltage and current free (in particular load-free) is switched after the contact signal has been deactivated and only with voltage and current (load) connected after the contact signal has been activated. The voltage and current release takes place in particular immediately after deactivation, that is as fast as possible due to run times and processing times in appropriate controls. Also, the wiring with voltage and current can be done immediately after the contact signal has been activated. However, a load at a later point in time is also possible here, in particular after a "logon" of the "new" memory packet has taken place in the system, e.g. a synchronization of the voltages, a check of the memory voltage, a system test of the memory pack, etc. Overall, it is thus achieved that a connection and disconnection of the memory pack with the interface is always voltage and current free (no load).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahme eine Riegelvorrichtung auf, um das Speicherpaket mechanisch in der Endposition zu verriegeln, wie oben erläutert. Das Kontaktsignal wird dabei erst aktiviert, nachdem die Riegelvorrichtung verriegelt wurde, also sich im verriegelten Zustand befindet bzw. dorthin gebracht wurde. Das Kontaktsignal wird deaktiviert, bevor die Riegelvorrichtung entriegelt wird, d.h. im unverriegelten Zustand angekommen ist. Somit ist sichergestellt, dass das Speicherpaket in der Endposition verriegelt ist, bevor das Kontaktsignal aktiviert wird und somit die Schnittstelle kontaktiert ist. Auch ist sichergestellt, dass das Kontaktsignal deaktiviert ist, bevor die Riegelvorrichtung das Speicherpaket zur Entnahme aus der Aufnahme überhaupt und damit zum Lösen aus der Schnittstelle freigibt. Eine mögliche Realisierung erfolgt beispielsweise über mechanische Verstellwege der Riegelvorrichtung, sodass zum Beispiel beim Verriegeln zuerst ein verriegelnder mechanischer Eingriff erfolgt und dann erst mechanisch ein Kontakt an einem Sensor zur Erzeugung des Kontaktsignals ausgelöst wird. Umgekehrt wird zum Beispiel erst ein mechanischer Riegel vom Kontakt wegbewegt um das Kontaktsignal zu deaktivieren, bevor beim Weiterbewegen des Riegels ein mechanisch verriegelnder Eingriff gelöst wird.In a further preferred embodiment, the receptacle has a locking device in order to mechanically lock the storage package in the end position, as explained above. The contact signal is activated only after the locking device has been locked, that is, in the locked state or was brought there. The contact signal is deactivated before the locking device is unlocked, ie has arrived in the unlocked state. This ensures that the memory pack is locked in the end position before the contact signal is activated and thus the interface is contacted. It is also ensured that the contact signal is deactivated before the locking device releases the memory package for removal from the receptacle and thus for release from the interface. A possible implementation is done for example via mechanical adjustment of the locking device, so for example when locking first a locking mechanical engagement takes place and only then a mechanical contact on a sensor for generating the contact signal is triggered. Conversely, for example, a mechanical latch is first moved away from the contact to deactivate the contact signal before a mechanically interlocking engagement is released as the latch advances.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Speicherpaket mindestens zwei Speicherzellen. Jede der Speicherzellen wird dann individuell geladen, jedoch werden stets nur alle Zellen gemeinsam in Reihenschaltung entladen. Diese Vorgehensweise wurde oben im Zusammenhang mit dem Speicherpaket bereits erläutert.In a preferred embodiment, the memory pack contains at least two memory cells. Each of the memory cells is then individually charged, but only all cells are always discharged together in series. This procedure has already been explained above in connection with the memory package.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Speichereinrichtung als Teil einer Energiezentrale für ein Gebäude betrieben, wobei die Energiezentrale autark von einem Energieversorgungsnetz betreibbar ist. In einem derartigen Autarkiebetrieb wird die Speichereinrichtung ausschließlich aus einer Photovoltaikanlage und/oder einem Blockheizkraftwerk über den Eingang mit Energie versorgt. Die Energie über den Ausgang wird ausschließlich an einen Gebäudeanschluss und/oder eine elektrische Warmwasserheizung und/oder einem Elektromobil abgegeben. Insbesondere erfolgt keine Netzrückspeisung in das Energieversorgungsnetz und auch kein Bezug aus dem Energieversorgungsnetz. Dieser Bezug aus dem Energieversorgungsnetz erfolgt lediglich in besonderen Fällen, zum Beispiel wenn der Leistungsbedarf durch die „autarken“ Energiequellen nicht gedeckt werden kann (Photovoltaikanlage, Blockheizkraftwerk) oder ein Systemfehler vorliegt, zum Beispiel der Motor des Blockheizkraftwerkes nicht startbar ist. Insofern ist Gegenstand der Erfindung auch eine Energiezentrale mit Speichereinrichtung und ein Betriebsverfahren für die Energiezentrale.In a preferred embodiment, the storage device is operated as part of an energy center for a building, wherein the power center is autonomously operable by a power grid. In such a self-service operation, the storage device is powered exclusively from a photovoltaic system and / or a combined heat and power plant via the input with energy. The energy from the outlet is supplied exclusively to a building connection and / or an electric hot water heater and / or a scooter. In particular, there is no power feedback in the power grid and no reference from the power grid. This reference from the energy supply network is only in special cases, for example, if the power requirement can not be covered by the "self-sufficient" energy sources (photovoltaic system, cogeneration) or a system error, for example, the engine of the cogeneration plant is not startable. In this respect, the subject matter of the invention is also an energy center with storage device and an operating method for the energy center.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
-
1 eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung, -
2 eine Schubfachaufnahme in Seitenansicht, -
3 dieSchubfachaufnahme aus 2 in Frontansicht, -
4 ein Speicherpaket mit einzelnen Speicherzellen.
-
1 a memory device according to the invention, -
2 a drawer receptacle in side view, -
3 the drawer receptacle off2 in front view, -
4 a memory package with individual memory cells.
Jede der Aufnahmen
Die Speichereinrichtung
Bezüglich der Entladung führen alle Schnittstellen
Die Speichereinrichtung
Stellt der Betreiber der Speichereinrichtung
Der Sensor 14a ist mit der Riegelvorrichtung
Zum Entriegeln wird der Schenkriegel
Nach Deaktivieren des Kontaktsignals Ka wird die entsprechende Schnittstelle 12a unverzüglich spannungs- und stromfrei (lastfrei) geschaltet, so dass ein lastfreies Entnehmen des Speicherpaketes
In Kombination mit der oben genannten Funktion der Riegelvorrichtung
Zur Entladung sind sämtliche Speicherzellen
Jede der Ladevorrichtungen
In
Stellt der Betreiber der Speichereinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Speichereinrichtungmemory device
- 44
- Eingangentrance
- 5a-c5a-c
- TeileingangSupply input
- 66
- Ausgangoutput
- 7a-c7a-c
- Teilausgangpart output
- 8a-c8a-c
- Aufnahmeadmission
- 1010
- Speicherpaketmemory package
- 12a-c12a-c
- Schnittstelleinterface
- 14a-c14a-c
- Sensorsensor
- 16a-c16a-c
- Ladesteuerungcharge control
- 1818
- Gleichrichterrectifier
- 2020
- Entladesteuerungdischarge control
- 2222
- Knotennode
- 2424
- Wechselrichterinverter
- 2626
- Gegenkontaktcountercontact
- 2828
- Pfeilarrow
- 3030
- Riegelvorrichtunglocking device
- 3232
- Schwenkriegelswivel bolt
- 3434
- Pfeilarrow
- 3636
- Achseaxis
- 3838
- Unterkantelower edge
- 40a-e40a-e
- Speicherzellememory cell
- 42a-e42a-e
- Ladevorrichtungloader
- 4444
- Ladeleitungcharging cable
- 4646
- Entladeleitungdischarge line
- 48a-e48a-e
- Zellsteuerungcell control
- 5050
- Durchschleifverbindung Through connection
- Ee
- Energieenergy
- Ka-cKa-c
- KontaktsignalContact signal
- PP
- Endpositionend position
- VV
- Zustand (verriegelt)Condition (locked)
- UU
- Zustand (unverriegelt)Condition (unlocked)
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016122909.1A DE102016122909A1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Storage device for electrical energy and operating methods |
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---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016122909A1 true DE102016122909A1 (en) | 2018-05-30 |
Family
ID=62117247
Family Applications (1)
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DE102016122909.1A Withdrawn DE102016122909A1 (en) | 2016-11-28 | 2016-11-28 | Storage device for electrical energy and operating methods |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20140145678A1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-05-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Apparatus for managing battery, and energy storage system |
DE102013105649A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Wemag Ag | Energy storage system |
US20150200559A1 (en) * | 2014-01-15 | 2015-07-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery system and energy storage system including the same |
-
2016
- 2016-11-28 DE DE102016122909.1A patent/DE102016122909A1/en not_active Withdrawn
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---|---|---|---|
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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