DE102017011167A1

DE102017011167A1 - Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystem

Info

Publication number: DE102017011167A1
Application number: DE102017011167.7A
Authority: DE
Inventors: Tim Müller; Lars Mademann; Lars Fallant; Manfred Liebscher
Original assignee: Belectric GmbH
Current assignee: RWE Technology International GmbH
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-06
Also published as: WO2019110202A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystem (1), wobei das Batteriespeichersystem mit einer DC-Systemspannung betrieben wird und mindestens einen Serienstrang (3, 4, 5) aufweist, wobei in jedem Serienstrang (3, 4, 5) mindestens ein erstes Speichermodul (6, 6', 6") und ein zweites Speichermodul (7, 7', 7") vorgesehen sind, welche in Serie elektrisch miteinander verbunden sind, wobei jedes Speichermodul (6, 6', 6", 7, 7', 7") jeweils eine maximal zulässige Klemmenspannung aufweist, wobei der Serienstrang (3, 4, 5) mit einem Umrichter (2) elektrisch verbunden ist, der auf seiner Wechselspannungsseite mit einem Wechselstromnetz verbunden ist, wobei in einem ersten Schritt bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems (1) an dem Batteriespeichersystem (1) eine DC-Systemspannung angelegt wird, welche höchstens so groß ist wie die niedrigste maximal zulässige Klemmenspannung eines im Batteriespeichersystems (1) verwendeten Speichermoduls (6, 6', 6", 7, 7', 7").

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystem, wobei das Batteriespeichersystem mit einer DC-Systemspannung betrieben wird und mindestens einen Serienstrang aufweist, wobei in jedem Serienstrang mindestens ein erstes Speichermodul und ein zweites Speichermodul vorgesehen sind, welche in Serie elektrisch miteinander verbunden sind, wobei jedes Speichermodul jeweils eine maximale Klemmenspannung aufweist, wobei der Serienstrang mit einem Umrichter elektrisch verbunden ist, der auf seiner Wechselspannungsseite mit einem Wechselstromnetz verbunden ist.
Aus dem Stand der Technik ist ein Batteriespeichersystem bekannt, welches mit einer DC-Systemspannung betrieben wird. Das Batteriespeichersystem weist mindestens einen Serienstrang auf, wobei in jedem Serienstrang mindestens ein erstes Speichermodul und ein zweites Speichermodul vorgesehen sind. Die beispielsweise aus der Automotivindustrie herstammenden Speichermodule von Elektrofahrzeugen sind als Akku-Batterien ausgebildet, die eine positive Klemme und eine negative Klemme aufweisen, an denen eine positive Spannung anliegt.
Wenn nun bei dem zweiten Speichermodul eines bestimmten Serienstrangs eine negierte Spannung an den Klemmstellen anliegt, die beispielsweise weder durch den Umrichter noch durch einen zugeschalteten anderen Serienstrang dem bestimmten Serienstrang aufgeprägt wird, kann der Betrieb des Batteriespeichersystems negativ beeinflusst werden. Dies ist dann der Fall, wenn ein erstes Speichermodul im bestimmten Serienstrang eingeschaltet und ein zweites Speichermodul in dem bestimmten Serienstrang ausgeschaltet ist. Aufgrund hochohmiger Widerstände zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des bestimmten Serienstranges, können sich die Potentiale des ersten Speichermoduls auf das zweite Speichermodul verschieben, so dass die Klemmenpotentiale des zweiten Speichermoduls negiert werden. Speichermodule aus dem Automotivbereich sind herkömmlich nicht dazu ausgebildet, so dass dies zu Beschädigungen und/oder Fehlfunktionen des Mess- und/oder Lastkreises des zweiten Speichermoduls führen kann, wenn das erste Speichermodul eingeschaltet wird.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein sicheres und zuverlässiges Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystems bereitzustellen, welches eine Beschädigung und/oder Fehlfunktion der Speichermodule, insbesondere bei einer Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems verhindert.
Die Aufgabe wird gelöst, insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Dabei ist ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystem vorgesehen, wobei das Batteriespeichersystem mit einer DC-Systemspannung betrieben wird und mindestens einen Serienstrang aufweist, wobei in jedem Serienstrang mindestens ein erstes Speichermodul und ein zweites Speichermodul vorgesehen sind, welche in Serie elektrisch miteinander verbunden sind, wobei jedes Speichermodul jeweils eine maximal zulässige Klemmenspannung aufweist, wobei der Serienstrang mit einem Umrichter elektrisch verbunden ist, der auf seiner Wechselspannungsseite mit einem Wechselstromnetz verbunden ist. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Schritt bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems an dem Batteriespeichersystem eine DC-Systemspannung angelegt, welche höchstens so groß ist wie die niedrigste maximale Klemmenspannung eines im Batteriespeichersystem verwendeten Speichermoduls. Durch diese Maßnahme wird zunächst sichergestellt, dass die Speichermodule bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems unbeschädigt bleiben. Jedes Speichermodul weist Ihre eigene maximal zulässige Klemmenspannung auf, welche nicht überschritten werden darf, weil ansonsten die Mess- und/oder Lastkreise des jeweiligen Speichermoduls zerstört werden könnten. Gemäß der Erfindung wird jedoch das Batteriespeichersystem gezielt auf einen durch die physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Speichermodule festgelegten DC-Systemspannungswert hochgefahren, bei welchem bei keinem der Speichermodule im Batteriespeichersystem dessen maximale Klemmenspannung überschritten wird. Im Ergebnis ist daher das Batteriespeichersystem, zuverlässig und sicher zu betreiben.
Nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass beim ersten Schritt die an dem Batteriespeichersystem angelegte DC-Systemspannung größer als die Hälfte der maximalen DC-Systemspannung ist, welche vorzugsweise 800V beträgt. Somit wird weiter sichergestellt, dass die Speichermodule mit ausreichend Spannung bei der Inbetriebnahme versorgt werden und eine Zerstörung der Mess- und/oder Lastkreise der Speichermodule ausgeschlossen ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Speichermodul mindestens ein, vorzugsweise zwei Schaltelemente aufweist, wobei das erste Schaltelement hinter einer ersten Klemmstelle des Speichermoduls, welche das positive Potential aufweist, angeordnet ist, und vorzugsweise das zweite Schaltelement vor einer zweiten negativen Klemmstelle des Speichermoduls, welche ein negatives Potential aufweist, angeordnet ist. Mit Hilfe der Schaltelemente können die Speichermodule gezielt dann zugeschaltet werden, wenn eine Zerstörung der Speichermodule durch eine anliegende DC-Systemspannung ausgeschlossen ist. Die Schaltelemente können manuell durch einen Benutzer oder automatisch durch ein Steuer- und/oder Regelsystem geschaltet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass vor dem ersten Schritt der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems der Umrichter inaktiv geschaltet ist und das Schaltelement jedes Speichermoduls geöffnet ist, wobei vor der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystem die DC-Systemspannung im Wesentlichen 0V beträgt. So kann beispielsweise bei einem mit dem Batteriespeichersystem verbunden Kraftwerk, insbesondere Solarkraftwerk wegen fehlender Sonneneinstrahlung keine Energie in das Batteriespeichersystem eingespeist werden und gleichzeitig ist für einen längeren Zeitraum kein Energiebedarf im Wechselstromnetz gefordert. Somit kann diese bevorzugte Ausführung des Verfahrens den Vorteil aufweisen, dass die Speichermodule sich in einem quasi Ruhezustand befinden und somit der Energieverbrauch des Batteriespeichersystems auf ein Minimum reduziert wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach dem Anlegen der DC-Systemspannung in einem zweiten Schritt in jedem Serienstrang jeweils nur ein erstes Speichermodul pro Serienstrang angeschaltet wird, wobei die jeweils ersten Speichermodule der jeweiligen Serienstränge gleichzeitig angeschaltet werden. Bei den Speichermodulen handelt es sich beispielsweise um Speichermodule aus dem Automotivbereich, welche vorzugsweise bei Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Diese Speichermodule sind derart ausgelegt, dass eine negierte Spannung an den Klemmen verhindert werden muss, weil ansonsten die Mess- und/oder Lastkreise des Speichermoduls beschädigt werden können. Durch das Anlegen der DC-Systemspannung an dem jeweiligen Serienstrang wird grundsätzlich dafür gesorgt, dass eine Potentialverschiebung ausgeschlossen wird. Nach dem Einschalten des jeweiligen ersten Speichermoduls des jeweiligen Serienstrangs fällt an diesem eine Klemmenspannung ab, die dafür sorgt, dass dem nachfolgenden Speichermodulen, insbesondere dem zweiten Speichermodule das werkseitig zulässige Potential aufgeprägt wird. Im Ergebnis wird beim Einschalten des ersten Speichermoduls in dem jeweiligen Serienstrang in vorteilhafterweise verhindert, dass aufgrund von hochohmigen Widerständen in dem jeweiligen Serienstrang sich die Potentiale des zugeschalteten ersten Speichermoduls auf das nachfolgende, insbesondere zweite Speichermodul in dem jeweiligen Serienstrang verschiebt. Das gleichzeitige Anschalten der Speichermodule weist ferner den Vorteil auf, dass bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems Zeit eingespart wird.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nach dem Anlegen der DC-Systemspannung in jedem Serienstrang in einem zweiten Schritt jeweils nur ein erstes Speichermodul pro Serienstrang angeschaltet wird, wobei die jeweils ersten Speichermodule jedes Serienstrangs in beliebiger Reihenfolge zeitlich nacheinander angeschaltet werden. Somit kann bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems das Anfahrverhalten der einzelnen Speichermodule analysiert werden und man kann relativ schnell erfassen, in welchem Serienstrang des Batteriespeichersystems eine Fehlfunktion vorliegen könnte. Damit sich das Batteriespeichersystem beim Anfahren einschwingt, kann vorgesehen sein, dass nach dem Anschalten des einen ersten Speichermoduls vorzugsweise eine Zeitdauer von höchstens bis zu 60 Sekunden vergeht bis das andere erste Speichermodul angeschaltet wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach Beendigung oder bereits während der Durchführung des zweiten Schritts die zweiten, insbesondere die restlichen Speichermodule eine positive Klemmenspannung aufweisen, welche geringer ist als die Klemmenspannung der bereits zuvor eingeschalteten ersten Speichermodule. Aufgrund der angelegten DC-Systemspannung, welche niedriger ist als die maximale DC-Systemspannung und niedriger als die maximale zulässige Klemmenspannung des Speichermoduls des jeweiligen Serienstrangs ist, wird dem zweiten Speichermodul des jeweiligen Serienstrangs, bei welchem die Schaltelemente einen geöffneten Zustand aufweisen, eine Klemmenspannung aufgeprägt, die dafür sorgt, dass das werkseitig vorgesehene Potential bestehen bleibt. Eine negierte Klemmenspannung an den jeweils zweiten, insbesondere nachfolgenden Speichermodulen des jeweiligen Serienstrangs ist daher ausgeschlossen.
Damit jedoch das Batteriespeichersystem weiter sicher in Betrieb genommen werden kann, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen sein, dass jedes Speichermodul eine Speichermodulspannung aufweist und in einem dritten Schritt die Speichermodulspannung an jedem Speichermodul gemessen wird und die DC-Systemspannung in Abhängigkeit der an den Speichermodulen anliegenden Speichermodulspannungen bestimmt wird und danach das Batteriespeichersystem mit der neu bestimmten DC-Systemspannung weiter hochgefahren wird. Bei einer Speichermodulspannung handelt es sich um eine interne Summen-spannung von Speicherzellen, welche sich innerhalb des Speichermoduls befinden. Die Speichermodulspannung ist die bei geschlossenen Schaltelementen vorliegende Klemmspannung, welche an dem Speichermodul anliegt. Bei geöffneten Schaltelementen kann die Klemmspannung zur Speichermodulspannung unterschiedlich ausgebildet sein. Die Speichermodulspannung wird bestimmt durch den an dem Speichermodul herrschenden „State of Charge“, wobei bei einem vollgeladenem Speichermodul der State of Charge 100% beträgt. Durch die neu bestimmte DC-Systemspannung kann das Batteriespeichersystem in einen Betriebsmodus versetzt werden, bei welchem ein Dauerbetrieb möglich ist. Wenn beispielsweise zwei Speichermodule in einem Serienstrang vorgesehen sind, dann ergibt sich die neu bestimmte DC-Systemspannung aus der Summe der ersten Speichermodulspannung des ersten Speichermoduls und der zweiten Speichermodulspannung des zweiten Speichermoduls.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in einem vierten Schritt die zweiten Speichermodule, insbesondere die restlichen Speichermodule, des jeweiligen Serienstrangs gleichzeitig oder zeitlich nacheinander angeschaltet werden. Die ist nun auch möglich, weil durch die zuvor durchgeführten Schritte ein Überschreiten der maximalen Klemmenspannung des jeweils zweiten und ggf. weiteren Speichermoduls in dem jeweiligen Serienstrang ausgeschlossen ist.
Eine sichere und zuverlässige Durchführung des Verfahrens kann ermöglicht werden, wenn mindestens eine Regel- und/oder Steuerungseinheit vorgesehen ist, welche den Umrichter und/oder mindestens ein Schaltelement des jeweilige Speichermoduls automatisiert an- und/oder ausschaltet.
Ferner kann das Verfahren sehr kostengünstig durchgeführt werden, wenn der Umrichter und/oder mindestens ein Schaltelement des jeweiligen Speichermoduls manuell durch einen Benutzer an- und/oder ausgeschaltet wird.
Sehr komfortabel kann das Verfahren durchgeführt werden, wenn die Schaltelemente des Batteriespeichersystems über eine Kommunikationsschnittstelle, welche im oder am Gehäuse des Speichermoduls angeordnet ist, durch die Regel- und/oder Steuerungseinheit geschaltet werden. Die Kommunikationsschnittstelle kann zur Anbindung eines Kabels ausgebildet sein, aber auch als kabelloses Funksystem ausgebildet sein.
Zur Auslegung des Batteriespeichersystems kann es von Vorteil, wenn nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen sein kann, dass vor oder nach der ersten Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems die maximal zulässige Klemmenspannung mindestens eines Speichermoduls erfasst wird. Die maximal zulässige Klemmenspannung an den jeweiligen Speichermodulen kann aus einem Kenndatenblatt des Speichermoduls entnommen werden. Gerade bei Batteriespeichersystemen, bei denen Speichermodule unterschiedlicher Typen oder Hersteller verwendet werden, kann eine vorzeitige Erfassung bei der Auslegung der DC-Systemspannung und/oder des Umrichters sehr hilfreich sein, um Schäden am Batteriespeichersystem zu verhindern.
Nach einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Batteriespeichersystem einen ohmschen Widerstand aufweist, welcher zumindest durch die jedem Speichermodul zugeordneten Heizelement und/oder Mess- und/oder Lastkreis und/oder Halbleiter, insbesondere Halbleiterschalter, und/oder durch einen Umrichterwiderstand bestimmt wird. Auch andere Systemkomponenten, wie beispielsweise ein Isolationsmessgerät können den ohmschen Widerstand beeinflussen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, wenn die Speichermodule als zuvor gebrauchte Speichermodule und/oder als First-Life-Speichermodule ausgebildet sind. Die gebrauchten Speichermodule können aus Elektrofahrzeugen stammen. Die Speicherkapazität der gebrauchten Speichermodule kann daher geringer ausgebildet sein, wie die der First-Life-Speichermodule, die neu sind und quasi die maximale Speicherkapazität aufweisen.
Die Leistung des Batteriespeichersystems kann verbessert werden, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens vorgesehen ist, dass bei einer Anordnung von mehr als einem Serienstrang in dem Batteriespeichersystem, die einzelnen Serienstränge miteinander parallel verschaltbar sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriespeichersystem mit mindestens einer der zuvor beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Batteriespeichersystems wird anhand einer Figur näher beschrieben. Die einzige 1 zeigt einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Batteriespeichersystems.
In der einzigen 1 ist ein Schaltplan eines Batteriespeichersystem 1, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren betrieben wird.
In der 1 ist das Batteriespeichersystem 1 beispielsweise für ein Solarkraftwerk dargestellt. Das Batteriespeichersystem 1 kann auch mit anderen Kraftwerken verbunden werden, wie beispielsweise Wasserkraftwerke, Windkraftwerke und dergleichen.
Das hier vorliegende Batteriespeichersystem 1 weist einen Umrichter 2 auf, der einen Pluspol und einen Minuspol umfasst und über Leitungen mit mindestens drei Seriensträngen 3, 4 und 5 elektrisch verbunden ist. Die Serienstränge 3, 4, 5 sind miteinander parallel verschaltet, wie dies anhand der 1 ersichtlich ist. Der Umrichter 2 ist auf seiner Wechselspannungsseite mit einem Wechselstromnetz verbunden.
Die Serienstränge 3, 4, 5 weisen jeweils zwei in Reihe miteinander verbundene Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7',7" auf. Es könnten auch weitere Speichermodule in jedem Serienstrang 3, 4, 5 verwendet werden. Auch die Anzahl der Serienstränge des Batteriespeichersystems 1 könnte erhöht werden.
Die Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7',7" der jeweiligen Serienstränge 3, 4, 5 sind vorzugsweise als Hochvoltspeicher ausgebildet, welche beispielsweise in der Automotivbranche in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Dabei kann es sich um gebrauchte Speichermodule handeln, welche zuvor bereits in Elektrofahrzeugen verwendet wurden, aber auch um sogenannte First-Live-Speichermodule, die noch nicht im Einsatz waren. Die Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7',7" sind dabei vorzugsweise als Lithium-Ionen-Akkus ausgebildet.
Das Batteriespeichersystem 1 weist einen ohmschen Widerstand 8 auf, welcher unter anderem durch die jedem Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" zugeordneten Klemmenwiderstände der Heizelement und/oder der Mess- und/oder Lastkreis und/oder der Halbleiter, insbesondere der Halbleiterschalter, und/oder durch einen Umrichterwiderstand bestimmt wird. Der Einfachheit halber wurde der ohmsche Widerstand 8 als Gesamtwiderstand des Batteriespeichersystems in den Schaltplan eingezeichnet.
Das jeweilige Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" umfasst mindestens ein, vorzugsweise zwei Schaltelemente 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12", wobei das jeweils erste Schaltelement 9, 9', 9", 11, 11', 11" hinter einer ersten Klemmstelle des jeweiligen Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7", welches das positive Potential aufweist, angeordnet ist, und vorzugsweise das zweite Schaltelement 10, 10', 10", 12, 12', 12" vor einer zweiten negativen Klemmstelle des jeweiligen Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7", welches ein negatives Potential aufweist, angeordnet ist.
Die Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7" sind vom Aufbau im Wesentlichen gleich. Das Gehäuse des jeweiligen Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7" ist aus Metall ausgebildet, in dem das nicht gezeigte Heizelement und/oder der Mess- und/oder Lastkreis und/oder der Halbleiter, insbesondere der Halbleiterschalter, angeordnet sind. Die Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7" weisen jeweils den nicht näher gezeigten Klemmersatzwiderstand auf, welcher durch die Widerstände des Heizelements und/oder des Mess- und/oder Lastkreises und/oder des Halbleiters, insbesondere des Halbleiterschalters gebildet wird, wenn ein erstes Schaltelement 9, 9', 9", 11, 11', 11" und vorzugsweise ein zweites Schaltelement 10, 10', 10", 12, 12', 12" einen geöffneten Zustand aufweisen.
Es ist mindestens eine Regel- und/oder Steuerungseinheit vorgesehen, welche den Umrichter 2 und/oder mindestens ein Schaltelement 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12" des jeweiligen Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7" automatisiert an- und/oder ausschaltet. Alternativ kann der Umrichter 2 und/oder mindestens ein Schaltelement 9, 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12" des Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7" manuell durch einen Benutzer an- und/oder ausgeschaltet wird. Jedes Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" weist jeweils seine eigene maximal zulässige Klemmenspannung auf.
Die Schaltelemente 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12" des Batteriespeichersystems 1, insbesondere die des Umrichters 2 und der Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7" sind über eine Kommunikationsschnittstelle, welche im oder am Gehäuse des Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7" angeordnet ist, durch die Regel- und/oder Steuerungseinheit schaltbar.
Nachfolgend wird die Funktion des Batteriespeichersystems 1 und das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die erforderlichen Schritte zum Betreiben des Batteriespeichersystems 1 beschrieben.
Vor oder nach der ersten Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems 1 wird die maximal zulässige Klemmenspannung mindestens eines Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7", vorzugsweise aller Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7"erfasst.
Im abgeschalteten Zustand des Batteriespeichersystem 1 sind alle Schaltelemente des Batteriespeichersystem 1, insbesondere die Schaltelemente 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12" in einem geöffneten Zustand und der Umrichter 2 ist inaktiv, wobei die DC-Systemspannung dann 0V beträgt. Die maximal zulässige Klemmenspannung an den jeweiligen Speichermodulen 6, 6', 6", 7, 7', 7" wird aus einem Kenndatenblatt des jeweiligen Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7"entnommen. Gerade bei Batteriespeichersystemen, bei denen Speichermodule unterschiedlicher Typen oder Hersteller verwendet werden, kann eine vorzeitige Erfassung bei der Auslegung der DC-Systemspannung und/oder des Umrichters 2 sehr hilfreich sein, um Schäden am Batteriespeichersystem 1 zu verhindern.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, das Batteriespeichersystem 1 hochzufahren und in Betrieb zu nehmen, ohne dass ein Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" beschädigt wird.
In einem ersten Schritt wird daher bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems 1 an dem Batteriespeichersystem 1 eine DC-Systemspannung angelegt, welche höchstens so groß wie die niedrigste maximal zulässige Klemmenspannung eines im Batteriespeichersystems 1 verwendeten Speichermoduls 6, 6', 6", 7, 7', 7" ist. Alle Schaltelemente 9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12', 12", 12" der Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7" sind dabei geöffnet.
Beim ersten Schritt ist die an dem Batteriespeichersystem 1 angelegte DC-Systemspannung größer als die Hälfte der maximalen DC-Systemspannung, welche vorzugsweise 800V beträgt. Nach dem Anlegen der DC-Systemspannung wird in einem zweiten Schritt in jedem Serienstrang jeweils nur ein erstes Speichermodul 6, 6', 6" pro Serienstrang 3, 4, 5 angeschaltet, wobei die jeweils ersten Speichermodule 6, 6', 6" der jeweiligen Serienstränge 3, 4,5 in beliebiger Reihenfolge zeitlich nacheinander angeschaltet werden oder alternativ gleichzeitig angeschaltet werden. Nach dem Anschalten des einen ersten Speichermoduls, beispielsweise des ersten Speichermoduls 6, vergeht eine Zeitdauer von höchstens 60 Sekunden bis das andere erste Speichermodul, beispielsweise das Speichermodul 6', angeschaltet wird. Der Zeitabstand zwischen der Einschaltung der ersten Speichermodule 6, 6', 6" kann auch unterschiedlich sein. Wird nun beispielsweise mit einer DC-Systemspannung von 450V das Batteriespeichersystem 1 in einem ersten Schritt betrieben bzw. hochgefahren und in einem zweiten Schritt beispielsweise das erste Speichermodul 6 eingeschaltet, so kann an dem ersten Speichermodul 6 des ersten Serienstrangs 3 eine Klemmenspannung von 400 V anliegen, wobei die Klemmenspannung, insbesondere von 400 V durch die Speichermodulspannung bestimmt wird, wenn alle Schaltelemente des entsprechenden Speichermoduls geschlossen sind.
Nach Beendigung oder bereits während der Durchführung des zweiten Schritts weisen die zweiten, insbesondere die restlichen Speichermodule 7, 7', 7" eine, insbesondere leicht positive Klemmenspannung auf, welche geringer ist als die Klemmenspannung der bereits zuvor eingeschalteten ersten Speichermodule 6, 6', 6". In dem hier vorliegenden Beispiel weist das zweite Speichermodul eine positive Klemmenspannung folglich von 50V auf.
Jedes Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" weist eine Speichermodulspannung auf. In einem dritten Schritt wird die Speichermodulspannung an jedem Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" gemessen. Danach wird die DC-Systemspannung in Abhängigkeit der an den Speichermodulen 6, 6', 6", 7, 7', 7" anliegenden Speichermodulspannungen bestimmt. Anschließend wird das Batteriespeichersystem 1 mit der neu bestimmten DC-Systemspannung weiter hochgefahren. Bei der Speichermodulspannung handelt es sich um eine interne Summenspannung von Speicherzellen, die in dem jeweiligen Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" vorliegt. Die Speichermodulspannung wird bestimmt durch den gerade an dem Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" herrschenden „State of Charge“, wobei bei einem vollgeladenem Speichermodul 6, 6', 6", 7, 7', 7" der State of Charge 100% beträgt. Durch die neu bestimmte DC-Systemspannung kann das Batteriespeichersystem 1 in einen Betriebsmodus versetzt werden, bei welchem ein Dauerbetrieb möglich ist. Wenn beispielsweise zwei Speichermodule 6, 7 in dem Serienstrang 3 vorgesehen sind, dann ergibt sich die neu bestimmte DC-Systemspannung aus der Summe der ersten Speichermodulspannung des ersten Speichermoduls und der zweiten Speichermodulspannung des zweiten Speichermoduls. Die Werte der Speichermodulspannung werden an eine Steuereinheit des Batteriespeichersystems versendet und ausgewertet und die DC-Systemspannung des Wechselrichters entweder hochgefahren oder runtergefahren. In Bezug auf das hier vorliegende Beispiel könnte die Speichermodulspannung des ersten Speichermoduls 6 einen Wert von 400V aufweisen und die Speichermodulspannung des zweiten Speichermoduls einen Wert von 300V aufweisen. Somit ergäbe sich eine neue DC-Systemspannung von 700V. Die DC-Systemspannung muss dann von 450 V um 250V auf 700V erhöht werden.
In einem vierten Schritt werden die zweiten Speichermodule 7, 7', 7", insbesondere die restlichen Speichermodule, des jeweiligen Serienstrangs 3, 4, 5 gleichzeitig oder zeitlich nacheinander angeschaltet. Das Batteriespeichersystem ist nun sicher in Betrieb genommen, ohne dass die Speichermodule 6, 6', 6", 7, 7', 7" beschädigt wurden.
Bezugszeichenliste

1: Batteriespeichersystem
2: Umrichter
3: erster Serienstrang
4: zweiter Serienstrang
5: dritter Serienstrang
6: erstes Speichermodul
6': erstes Speichermodul des zweiten Serienstrangs 4
6": erstes Speichermodul des dritten Serienstrangs 5
7: zweites Speichermodul
7': zweites Speichermodul des zweiten Serienstrangs 4
7": zweites Speichermodul des dritten Serienstrangs 5
8: ohmscher Widerstand
9: erstes Schaltelement des ersten Speichermoduls 6
9': erstes Schaltelement des ersten Speichermoduls 6'
9": erstes Schaltelement des ersten Speichermoduls 6"
10: zweites Schaltelement des ersten Speichermoduls 6
10': zweites Schaltelement des ersten Speichermoduls 6'
10": zweites Schaltelement des ersten Speichermoduls 6"
11: erstes Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7
11': erstes Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7'
11": erstes Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7"
12: zweites Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7
12': zweites Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7'
12": zweites Schaltelement des zweiten Speichermoduls 7"
U_DC: DC-Systemspannung
U_SM: Speichermodulspannung
U_Z: Summenspannung der Batteriezellen
U_KS: Klemmspannung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Batteriespeichersystem (1), wobei das Batteriespeichersystem mit einer DC-Systemspannung betrieben wird und mindestens einen Serienstrang (3, 4, 5) aufweist, wobei in jedem Serienstrang (3, 4, 5) mindestens ein erstes Speichermodul (6, 6', 6") und ein zweites Speichermodul (7, 7', 7") vorgesehen sind, welche in Serie elektrisch miteinander verbunden sind, wobei jedes Speichermodul (6, 6', 6", 7, 7', 7") jeweils eine maximal zulässige Klemmenspannung aufweist, wobei der Serienstrang (3, 4, 5) mit einem Umrichter (2) elektrisch verbunden ist, der auf seiner Wechselspannungsseite mit einem Wechselstromnetz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt bei der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems (1) an dem Batteriespeichersystem (1) eine DC-Systemspannung angelegt wird, welche höchstens so groß ist wie die niedrigste maximal zulässige Klemmenspannung eines im Batteriespeichersystems (1) verwendeten Speichermoduls (6, 6', 6", 7, 7', 7").
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schritt die an dem Batteriespeichersystem (1) angelegte DC-Systemspannung größer als die Hälfte der maximalen DC-Systemspannung ist, welche vorzugsweise 800V beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Speichermodul (6, 6', 6'', 7, 7', 7'') mindestens ein, vorzugsweise zwei Schaltelemente (9, 9', 9'', 10, 10', 10'', 11, 11', 11'', 12, 12', 12'') aufweist, wobei das erste Schaltelement (9, 9', 9'', 11, 11', 11'') hinter einer ersten Klemmstelle des Speichermoduls (6, 6', 6'', 7, 7', 7''), welche das positive Potential aufweist, angeordnet ist, und vorzugsweise das zweite Schaltelement (10, 10', 10'', 12, 12', 12'') vor einer zweiten negativen Klemmstelle des Speichermoduls (6, 6', 6'', 7, 7', 7''), welche ein negatives Potential aufweist, angeordnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Schritt der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems (1) der Umrichter (2) inaktiv geschaltet ist und das Schaltelement (9, 9', 9", 10, 10', 10", 11, 11', 11", 12, 12', 12") jedes Speichermoduls (6, 6', 6", 7, 7', 7") geöffnet ist, wobei vor der Inbetriebnahme des Batteriespeichersystem (1) die DC-Systemspannung im Wesentlichen 0V beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anlegen der DC-Systemspannung in einem zweiten Schritt in jedem Serienstrang (3, 4, 5) jeweils nur ein erstes Speichermodul (6, 6', 6") pro Serienstrang angeschaltet wird, wobei die jeweils ersten Speichermodule (6, 6', 6") der jeweiligen Serienstränge (3, 4, 5) gleichzeitig angeschaltet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anlegen der DC-Systemspannung in einem zweiten Schritt in jedem Serienstrang (3, 4, 5) jeweils nur ein erstes Speichermodul (6, 6', 6") pro Serienstrang angeschaltet wird, wobei die jeweils ersten Speichermodule (6, 6', 6") der jeweiligen Serienstränge (3, 4, 5) in beliebiger Reihenfolge zeitlich nacheinander angeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anschalten des einen ersten Speichermoduls (6, 6', 6") eine Zeitdauer von höchstens bis zu 60 Sekunden vergeht bis das andere erste Speichermodul (6, 6', 6") angeschaltet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung oder bereits während der Durchführung des zweiten Schritts die zweiten (7, 7', 7"), insbesondere die restlichen Speichermodule eine positive Klemmenspannung aufweisen, welche geringer ist als die Klemmenspannung der bereits zuvor eingeschalteten ersten Speichermodule (6, 6', 6").
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Speichermodul (6, 6', 6", 7, 7', 7") eine Speichermodulspannung aufweist und in einem dritten Schritt die Speichermodulspannung an jedem Speichermodul (6, 6', 6", 7, 7', 7") gemessen wird und die DC-Systemspannung in Abhängigkeit der an den Speichermodulen (6, 6', 6", 7, 7', 7") anliegenden Speichermodulspannungen bestimmt wird und danach das Batteriespeichersystem (1) mit der neu bestimmten DC-Systemspannung weiter hochgefahren wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt die zweiten Speichermodule (7, 7', 7"), insbesondere die restlichen Speichermodule, des jeweiligen Serienstrangs (3, 4 ,5) gleichzeitig oder zeitlich nacheinander angeschaltet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Regel- und/oder Steuerungseinheit vorgesehen ist, welche den Umrichter (2) und/oder mindestens ein Schaltelement (9, 9', 9'', 10, 10', 10'', 11, 11', 11'', 12, 12', 12'') des jeweiligen Speichermoduls (6, 6', 6'', 7, 7', 7'') automatisiert an- und/oder ausschaltet.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (2) und/oder mindestens ein Schaltelement (9, 9', 9'', 10, 10', 10'', 11, 11', 11'', 12, 12', 12'') des jeweiligen Speichermoduls (6, 6', 6'', 7, 7', 7'') manuell durch einen Benutzer an- und/oder ausgeschaltet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriespeichersystem (1) einen ohmschen Widerstand aufweist, welcher durch die jedem Speichermodul (6, 6', 6", 7, 7', 7") zugeordneten Heizelement und/oder Mess- und/oder Lastkreis und/oder Halbleiter, insbesondere Halbleiterschalter, und/oder durch einen Umrichterwiderstand bestimmt wird, wenn zumindest ein Schaltelement der Speichermodule jeweils geöffnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach der ersten Inbetriebnahme des Batteriespeichersystems die maximal zulässige Klemmenspannung mindestens eines Speichermoduls erfasst wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule (6, 6', 6", 7, 7', 7") als zuvor gebrauchte Speichermodule und/oder als First-Life-Speichermodule ausgebildet sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehr als einem Serienstrang in dem Batteriespeichersystem (1), die einzelnen Serienstränge (3, 4, 5) miteinander parallel verschaltbar sind.
Batteriespeichersystem (1) gekennzeichnet durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17.