DE102020115445A1

DE102020115445A1 - Electrical power supply network for reactive power compensation as well as method for reactive power compensation in such an energy supply network

Info

Publication number: DE102020115445A1
Application number: DE102020115445.3A
Authority: DE
Inventors: Daniel Ruppert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungsnetz (10) zur Blindleistungskompensation. Das Energieversorgungsnetz (10) umfasst eine elektrische Verbrauchereinrichtung (12), die ausgebildet ist, bei Beaufschlagen mit einer von einer elektrischen Wechselspannungsquelle (17) bereitgestellten Wechselspannung (UB), in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft einen zu der Wechselspannung (UB) phasenverschobenen elektrischen Wechselstrom (iV) zu bewirken. Um die aus der Phasenverschiebung resultierende Blindleistung in dem Energieversorgungsnetz (10) zu kompensieren, umfasst das Energieversorgungsnetz (10) eine Blindleistungskompensationseinrichtung (13) mit einem parallel zu der Verbrauchereinrichtung (12) angeschlossenen Batteriemodul (15). Das Batteriemodul (15) ist ausgebildet, in Abhängigkeit von einer mittels der Blindleistungskompensationseinrichtung (13) ermittelten Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung (UQ) und dem Wechselstrom (iV) die Wechselspannungsquelle (17) derart mit einem elektrischen Wechselstrom zu beaufschlagen, dass eine Summe des Wechselstroms (iB) des Batteriemoduls (15) und des Wechselstroms (iV) der Verbrauchereinrichtung (12) einen Summenstrom (iS) bewirkt, dessen Phasendifferenz zu der Wechselspannung (UQ) im Vergleich zu der ermittelten Phasendifferenz reduziert ist.The invention relates to an energy supply network (10) for reactive power compensation. The power supply network (10) comprises an electrical consumer device (12) which, when subjected to an AC voltage (UB) provided by an electrical AC voltage source (17), produces an electrical alternating current that is out of phase with the alternating voltage (UB) depending on an electrical property (IV) to effect. In order to compensate for the reactive power resulting from the phase shift in the energy supply network (10), the energy supply network (10) comprises a reactive power compensation device (13) with a battery module (15) connected in parallel to the consumer device (12). The battery module (15) is designed to apply an electrical alternating current to the alternating voltage source (17) as a function of a phase difference determined by means of the reactive power compensation device (13) between the alternating voltage (UQ) and the alternating current (iV) in such a way that a sum of the alternating current (iB) of the battery module (15) and the alternating current (iV) of the consumer device (12) causes a total current (iS) whose phase difference to the alternating voltage (UQ) is reduced compared to the determined phase difference.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungsnetz für einen Haushalt und/oder eine Industrieanlage zur Blindleistungskompensation. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zur Blindleistungskompensation in einem solchen Energieversorgungsnetz.The invention relates to an energy supply network for a household and / or an industrial plant for reactive power compensation. The invention also relates to a corresponding method for reactive power compensation in such an energy supply network.

Bei dem Energieversorgungsnetz handelt es sich insbesondere um ein Haushaltskundennetz nach § 3 Nr. 22 ENWG für Letztverbraucher nach § 3 Nr. 25 ENWG. Das Energieversorgungsnetz stellt somit kein allgemeines Versorgungsnetz oder Energieversorgungsnetz der allgemeinen Versorgung nach § 3 Nr. 17 ENWG dar.The energy supply network is in particular a household customer network according to Section 3 No. 22 ENWG for end consumers according to Section 3 No. 25 ENWG. The energy supply network therefore does not represent a general supply network or energy supply network for general supply according to § 3 No. 17 ENWG.

Zur elektrischen Energieversorgung umfasst ein solches Energieversorgungsnetz üblicherweise eine Versorgungsleitung oder einen Versorgungsanschluss für wenigstens einen elektrischen Verbraucher des Energieversorgungsnetzes. Über die Versorgungsleitung ist dem Energieversorgungsnetz eine elektrische Wechselspannung von Seiten einer Wechselspannungsquelle zuführbar oder bereitstellbar. Die Wechselspannungsquelle kann beispielsweise eine Infrastruktur der allgemeinen Energieversorgung, wie beispielsweise ein vorgenanntes allgemeines Energieversorgungsnetz nach § 13 Nr. 17 ENWG sein. Weiterhin umfasst das Energieversorgungsnetz auch eine elektrische Verbrauchereinrichtung, also den wenigstens einen elektrischen Verbraucher, die mittels der bereitgestellten Wechselspannung betreibbar ist. Dabei ist die Verbrauchereinrichtung ausgebildet, bei Beaufschlagen mit der bereitgestellten Wechselspannung in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft einen zu der Wechselspannung phasenverschobenen ersten elektrischen Wechselstrom (Verbraucherstrom) zu bewirken. Zum Beispiel kann es sich je nach elektrischer Eigenschaft um eine induktive oder eine kapazitive Phasenverschiebung handeln. Durch diese Phasenverschiebung zwischen dem Verbraucherstrom und der bereitgestellten Wechselspannung ergibt sich eine sogenannte Blindleistung. Die Blindleistung hat den Nachteil, dass sie nicht als Nutzleistung oder Wirkleistung zum Betreiben der Verbrauchereinrichtung nutzbar ist. Vielmehr „pendelt“ diese Blindleistung zwischen der Verbrauchereinrichtung und der Wechselspannungsquelle hin und her. Dadurch sind die Bauteile oder Komponenten der Wechselspannungsquelle nicht nur für die Übertragung der Wirkleistung sondern auch für den Blindleistungstransport auszulegen. Zudem ergeben sich durch die Blindleistung zusätzliche Verluste bei der elektrischen Energieübertragung.For the electrical energy supply, such an energy supply network usually comprises a supply line or a supply connection for at least one electrical consumer of the energy supply network. An electrical alternating voltage from an alternating voltage source can be fed or made available to the energy supply network via the supply line. The AC voltage source can, for example, be an infrastructure of the general energy supply, such as, for example, an aforementioned general energy supply network according to Section 13 No. 17 ENWG. Furthermore, the energy supply network also includes an electrical consumer device, that is to say the at least one electrical consumer, which can be operated by means of the alternating voltage provided. In this case, the consumer device is designed to produce a first electrical alternating current (consumer current) that is phase-shifted with respect to the alternating voltage when the alternating voltage provided is applied, depending on an electrical property. For example, depending on the electrical property, it can be an inductive or a capacitive phase shift. This phase shift between the consumer current and the provided alternating voltage results in what is known as reactive power. The reactive power has the disadvantage that it cannot be used as useful power or active power for operating the consumer device. Rather, this reactive power "shuttles" back and forth between the consumer device and the AC voltage source. As a result, the parts or components of the AC voltage source must be designed not only for the transmission of active power but also for reactive power transport. In addition, the reactive power results in additional losses in the transmission of electrical energy.

Um diese Nachteile auszuräumen, ist es nötig, die von der Verbrauchereinrichtung erzeuge Blindleistung zu kompensieren. Diese Funktion wird bisher beispielsweise von Blindleistungskompensationsanlagen, die von konventionellen Kraftwerken, wie beispielsweise Kohle- und/oder Kernkraftwerken, bereitgestellt sind, übernommen. Durch den zukünftig geplanten Ausstieg aus der Kohle- und Kernenergie und den dadurch resultierenden Ausbau an erneuerbaren Energien wächst jedoch zusätzlich die täglich eingespeiste Leistung oder elektrische Energie aus Sonnen-, Wind- und/oder Biomassenenergie. Beim Bereitstellen von elektrischer Energie von regenerativen Energiequellen kommt es jedoch zu Einspeiseschwankungen, wodurch die Blindleistung in dem Übertragungsnetz noch weiter erhöht wird. Somit wird sich der Bedarf an Blindleistungskompensation in Zukunft weiter erhöhen.In order to overcome these disadvantages, it is necessary to compensate for the reactive power generated by the consumer device. This function has so far been taken over, for example, by reactive power compensation systems that are provided by conventional power plants, such as coal and / or nuclear power plants. However, due to the future planned exit from coal and nuclear energy and the resulting expansion of renewable energies, the daily fed-in power or electrical energy from solar, wind and / or biomass energy is also growing. When providing electrical energy from regenerative energy sources, however, feed fluctuations occur, as a result of which the reactive power in the transmission network is increased even further. This means that the need for reactive power compensation will continue to increase in the future.

Abhilfe können zum Beispiel sogenannte Blindleistungskompensationsanlagen schaffen. Blindleistungskompensationsanlagen sowie deren Funktion sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Deshalb ist vorliegend kein druckschriftlicher Nachweis aus dem Stand der Technik vorgesehen. Zur Kompensation der Blindleistung umfasst eine Blindleistungskompensationsanlage dabei üblicherweise eine Schaltungsanordnung mit elektrischen Energiespeichern, die je nach elektrischer Eigenschaft der Verbrauchereinrichtung eine elektrische Kapazität (Kondensator) und/oder eine elektrische Induktivität (Spule, Drossel) umfasst. Durch Betreiben der Schaltungsanordnung kann dann eine Blindleistung invers zu der von der Verbrauchereinrichtung erzeugten Blindleistung bereitgestellt werden und dadurch die Blindleistung kompensiert oder ausgeglichen werden. Eine Schaltungstopologie einer solchen Schaltungsanordnung ist jedoch in der Regel aufwendig. Insbesondere, wenn mittels der Blindleistungskompensationsanlage die von der Verbrauchereinrichtung erzeugte Blindleistung dynamisch auf die elektrische Eigenschaft der Verbrauchereinrichtung eingestellt werden soll, also sowohl induktive als auch kapazitive Phasenverschiebungen ausgeglichen werden sollen, ergibt sich üblicherweise eine komplizierte Schaltungstopologie und Ansteuerung der Schaltungsanordnung. Deshalb sind derartige Blindleistungsanlagen für Endverbraucher, also in Haushaltskundennetzen, zu teuer und zu aufwendig und somit für die Blindleistungskompensation somit üblicherweise nicht geeignet.So-called reactive power compensation systems can provide a remedy, for example. Reactive power compensation systems and their function are well known from the prior art. Therefore, no printed evidence from the state of the art is provided here. To compensate for the reactive power, a reactive power compensation system usually comprises a circuit arrangement with electrical energy stores which, depending on the electrical property of the consumer device, comprises an electrical capacitance (capacitor) and / or an electrical inductance (coil, choke). By operating the circuit arrangement, reactive power can then be provided inversely to the reactive power generated by the consumer device, and the reactive power can thereby be compensated or compensated for. A circuit topology of such a circuit arrangement is, however, usually complex. In particular, if the reactive power generated by the consumer device is to be dynamically adjusted to the electrical properties of the consumer device by means of the reactive power compensation system, i.e. both inductive and capacitive phase shifts are to be compensated, a complicated circuit topology and control of the circuit arrangement usually results. Therefore, such reactive power systems for end consumers, that is to say in household customer networks, are too expensive and too complex and thus usually not suitable for reactive power compensation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfügbarkeit von Blindleistungskompensationseinrichtungen, insbesondere für Haushaltskundennetze, zu erhöhen.The invention is based on the object of increasing the availability of reactive power compensation devices, in particular for household customer networks.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims, the following description and the figures.

Um die Verfügbarkeit einer Blindleistungskompensationseinrichtung zu erhöhen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass ein gattungsgemäßes Energieversorgungsnetz eine Blindleistungskompensationseinrichtung umfasst. Für die Blindleistungskompensation ist die Blindleistungskompensationseinrichtung nun ausgebildet, eine aus der Phasenverschiebung resultierende erste Phasendifferenz zwischen einer Phase der von der bereitgestellten Wechselspannung und einer Phase des als ersten elektrischen Wechselstrom ausgebildeten Verbraucherstroms zu ermitteln. Zum Bereitstellen einer inversen Blindleistung umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung zudem ein parallel zu der Verbrauchereinrichtung angeschlossenes Batteriemodul. Das Batteriemodul ist ausgebildet, in Abhängigkeit von der ermittelten ersten Phasendifferenz, die Versorgungsleitung des Energieversorgungsnetz, und dadurch insbesondere die Wechselspannungsquelle, mit einem zusätzlichen oder zweiten elektrischen Wechselstrom (Batteriestrom) zu beaufschlagen. Der Batteriestrom wird mittels des Batteriemoduls dabei derart eingestellt, dass eine Summe des Batteriestroms und des Verbraucherstroms einen Summenwechselstrom mit einer zweiten Phasendifferenz zu der bereitgestellten Wechselspannung bewirkt, die im Vergleich zu der ermittelten ersten Phasendifferenz zwischen dem Verbraucherstrom und der bereitgestellten Wechselspannung, insbesondere im Betrag oder betragsmäßig, reduziert ist.In order to increase the availability of a reactive power compensation device, the invention proposes that a generic power supply network comprises a reactive power compensation device. For reactive power compensation, the reactive power compensation device is now designed to determine a first phase difference resulting from the phase shift between a phase of the alternating voltage provided by the provided and a phase of the consumer current embodied as the first electrical alternating current. To provide an inverse reactive power, the reactive power compensation device also includes a battery module connected in parallel to the consumer device. The battery module is designed to apply an additional or second electrical alternating current (battery current) to the supply line of the energy supply network, and thereby in particular the alternating voltage source, as a function of the determined first phase difference. The battery current is set by means of the battery module in such a way that a sum of the battery current and the consumer current results in a sum alternating current with a second phase difference to the provided alternating voltage, which in comparison to the determined first phase difference between the consumer current and the provided alternating voltage, in particular in the amount or in terms of amount, is reduced.

Bevorzugt wird der Batteriestrom dabei so eingestellt, dass sich aus der zweiten Phasendifferenz zwischen dem Summenwechselstrom und der bereitgestellten Wechselspannung eine Blindleistung einstellt, die weniger als zehn Prozent, insbesondere zwischen fünf Prozent und zehn Prozent, bevorzugt zwischen drei Prozent und fünf Prozent, einer Gesamtleistung oder Scheinleistung bei der Energieübertragung beträgt. Somit ergibt sich zum Betreiben der Verbrauchereinrichtung also eine Nutzleistung oder Wirkleistung, die insbesondere mehr als 90 %, insbesondere mehr als 95 %, der Gesamtleistung beträgt.The battery current is preferably set in such a way that the second phase difference between the total alternating current and the provided alternating voltage results in a reactive power that is less than ten percent, in particular between five percent and ten percent, preferably between three percent and five percent, of a total power or Apparent power in energy transmission is. Thus, for operating the consumer device, there is a useful power or active power that is in particular more than 90%, in particular more than 95%, of the total output.

Anders ausgedrückt ist das Batteriemodul ausgebildet, einen elektrischen Wechselstrom als den Batteriestrom bereitzustellen. Auf Ausgestaltungsmöglichkeiten des Batteriemoduls zum Bereitstellen und Einstellen des elektrischen Wechselstroms wird im späteren Verlauf noch einmal näher eingegangen. Die Wechselspannungsquelle wird somit zusätzlich zu dem Verbraucherstrom noch mit dem Batteriestrom beaufschlagt. In Summe ergibt sich dann in dem Energieversorgungsnetz der Summenwechselstrom, der im Wesentlichen in Phase zu der bereitgestellten Wechselspannung liegt oder schwingt. Auf die Phase bezogen wird die Blindleistung mittels der Batterieeinrichtung somit invertiert zu der Blindleistung der Verbrauchereinrichtung bereitgestellt. Dadurch braucht die Blindleistung im Energieversorgungsnetz zunächst nicht mehr durch die Wechselspannungsquelle bereitgestellt werden. Weiterhin pendelt die Blindleistung dadurch auch nur noch zwischen der Verbrauchereinrichtung und dem Batteriemodul und nicht mehr zwischen der Verbrauchereinrichtung und der Wechselspannungsquelle hin und her. Die Wechselspannungsquelle braucht also nicht mehr noch zusätzlich für den Blindleistungstransport ausgelegt sein. Somit reduzieren sich auch die Transportverluste bei der Energieübertragung.In other words, the battery module is designed to provide an alternating electrical current as the battery current. The design options for the battery module for providing and setting the electrical alternating current will be discussed in greater detail later. The alternating voltage source is thus subjected to the battery current in addition to the consumer current. In total, the total alternating current then results in the energy supply network, which is essentially in phase with the alternating voltage provided or oscillates. In relation to the phase, the reactive power is thus provided by means of the battery device in an inverted manner to the reactive power of the consumer device. As a result, the reactive power in the energy supply network initially no longer needs to be provided by the AC voltage source. Furthermore, the reactive power also only oscillates back and forth between the consumer device and the battery module and no longer between the consumer device and the AC voltage source. The AC voltage source therefore no longer needs to be additionally designed for the transport of reactive power. This also reduces the transport losses during energy transmission.

Indem das Batteriemodul anstatt der aufwendigen Schaltungsanordnung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, eingesetzt wird, ergibt sich zudem der Vorteil, dass die Verfügbarkeit einer solchen Blindleistungskompensationseinrichtung erhöht wird. Bei dem Batteriemodul handelt es sich nämlich um ein aktives Bauteil. Das heißt, das Batteriemodul stellt aktiv den Batteriestrom bereit und bewirkt also im Gegensatz zu Kondensatoren oder Spulen, wie sie aus dem Stand der Technik als Bauteile von Blindleistungskompensationseinrichtung bekannt sind, keinen passiven Wechselstrom, wenn es mit der Wechselspannung beaufschlagt wird. Somit kann mittels des Batteriemoduls sowohl eine induktive als auch eine kapazitive Phasenverschiebung des Verbraucherstroms ausgeglichen werden, ohne aufwendige Schaltungskonzepte oder unterschiedliche Schaltungstopologien für die Blindleistungskompensationseinrichtung zu realisieren. Dadurch ist die Blindleistungskompensationseinrichtung auch für Haushaltsnetze gut geeignet.By using the battery module instead of the complex circuit arrangement as is known from the prior art, there is also the advantage that the availability of such a reactive power compensation device is increased. This is because the battery module is an active component. This means that the battery module actively provides the battery current and, in contrast to capacitors or coils, as they are known from the prior art as components of reactive power compensation devices, does not cause a passive alternating current when the alternating voltage is applied to it. Thus, by means of the battery module, both an inductive and a capacitive phase shift of the consumer current can be compensated without realizing complex circuit concepts or different circuit topologies for the reactive power compensation device. As a result, the reactive power compensation device is also well suited for household networks.

Die Verbrauchereinrichtung kann beispielsweise eine ohmisch induktive Verbrauchereinrichtung sein und somit die vorgenannte induktive Phasenverschiebung des Verbraucherstroms bewirken. Das heißt, der Verbraucherstrom eilt der bereitgestellten Wechselspannung nach. Alternativ kann die Verbrauchereinrichtung auch ohmisch kapazitiv ausgebildet sein und die vorgenannte kapazitive Phasenverschiebung bewirken. In diesem Fall eilt der Verbraucherstrom dann der bereitgestellten Wechselspannung voraus. Bevorzugt umfasst die Verbrauchereinrichtung wenigstens einen, das heißt, einen oder mehrere Verbraucher. Bei den Verbrauchern kann es sich beispielsweise um elektrisch betriebene Haushaltsgeräte und/oder Maschinen und/oder Geräte für Industrieanwendungen handeln.The consumer device can be, for example, an ohmic inductive consumer device and thus bring about the aforementioned inductive phase shift of the consumer current. This means that the consumer current lags behind the provided alternating voltage. Alternatively, the consumer device can also have an ohmic capacitive design and effect the aforementioned capacitive phase shift. In this case, the consumer current leads the provided alternating voltage. The consumer device preferably comprises at least one, that is to say one or more consumers. The consumers can be, for example, electrically operated household appliances and / or machines and / or devices for industrial applications.

Um die vorgenannte erste Phasendifferenz zwischen dem Verbraucherstrom und der bereitgestellten Wechselspannung zu ermitteln, umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung bevorzugt eine Sensoreinheit mit wenigstens einem Spannungssensorelement und wenigstens einem Stromsensorelement. Mittels der Sensorelemente kann so entsprechend die bereitgestellte Wechselspannung und der Verbraucherstrom gemessen oder erfasst werden, um die erste Phasendifferenz zu ermitteln oder zu berechnen und den Batteriestrom gemäß der ermittelten ersten Phasendifferenz einzustellen.In order to determine the aforementioned first phase difference between the consumer current and the provided alternating voltage, the reactive power compensation device preferably comprises a sensor unit with at least one voltage sensor element and at least one current sensor element. By means of the sensor elements, the provided alternating voltage can be adjusted accordingly and the consumer current is measured or recorded in order to determine or calculate the first phase difference and to set the battery current in accordance with the determined first phase difference.

Mit dem Batteriemodul im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein reversibel betreibbarer oder wieder aufladbarer elektrischer Energiespeicher gemeint. Das Batteriemodul kann somit auch als Akkumulator bezeichnet werden. Ein solches Batteriemodul umfasst üblicherweise eine oder mehrere Batteriezellen mit jeweils einer galvanischen Zelle, die zum Beispiel als elektrochemische Zelle ausgebildet ist. Die galvanische Zelle umfasst dabei zwei Elektroden, die jeweils einen sogenannten Potentialanschluss der galvanischen Zelle ausbilden und über einen Elektrolyten miteinander in Wechselwirkung stehen. Über die Elektroden ist in Abhängigkeit von einer Elektrochemie der galvanischen Zelle eine Gleichspannung bereitstellbar. Abhängig von der Zellchemie kann diese Gleichspannung beispielsweise 1,2 V bis 4,5 V betragen. Die galvanische Zelle kann beispielsweise als Lithium-Ion-Zelle oder Bleisäurezelle oder dergleichen ausgebildet sein. Indem nun mehrere solche Batteriezellen mit den galvanischen Zellen beispielsweise zumindest teilweise elektrisch in Reihe geschaltet werden, kann ein Batteriemodul realisiert werden, mit welchem große Gleichspannungen beispielsweise im Bereich mehrerer 100 V, vorzugsweise etwa 400 V oder mehr, insbesondere etwa 800 V, bereitstellbar sind. Ein Wert der bereitgestellten Batteriespannung hängt dabei insbesondere von der Anzahl an in Reihe geschalteten Batteriezellen ab. Je nach Energie- beziehungsweise Leistungsbedarf des Batteriemoduls kann ergänzend auch noch eine Parallelschaltung von einer gewünschten Anzahl an Batteriezellen vorgenommen werden.The battery module in the context of the invention means in particular a reversibly operable or rechargeable electrical energy store. The battery module can therefore also be referred to as an accumulator. Such a battery module usually comprises one or more battery cells, each with a galvanic cell, which is designed, for example, as an electrochemical cell. The galvanic cell comprises two electrodes, which each form a so-called potential connection of the galvanic cell and interact with one another via an electrolyte. Depending on the electrochemistry of the galvanic cell, a direct voltage can be provided via the electrodes. Depending on the cell chemistry, this DC voltage can be 1.2 V to 4.5 V, for example. The galvanic cell can be designed, for example, as a lithium-ion cell or lead-acid cell or the like. By now connecting several such battery cells with the galvanic cells, for example at least partially electrically, a battery module can be implemented with which high DC voltages, for example in the range of several 100 V, preferably about 400 V or more, in particular about 800 V, can be provided. A value of the provided battery voltage depends in particular on the number of battery cells connected in series. Depending on the energy or power requirements of the battery module, a desired number of battery cells can also be connected in parallel.

Mit dem Batteriemodul soll nun aber anstelle einer Gleichspannung als Batteriespannung die Wechselspannung und somit der Wechselstrom für die Blindleistungskompensation realisieren werden. Dazu ist in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Batteriemodul schaltbar oder ergänzend umpolbar ausgebildet ist. Das Batteriemodul umfasst dafür ein Steuergerät und wenigstens einen Batteriestrang mit einer vorgegebenen Anzahl an elektrisch in Reihe angeschlossenen schaltbaren oder aktivierbaren Batteriezellen. Das Steuergerät ist ausgebildet, die Batteriezellen in Abhängigkeit von dem bereitzustellenden Wechselstrom, also insbesondere einer gewünschten Stromstärke und Phase des Batteriestroms, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren zu betreiben.With the battery module, however, instead of a direct voltage as the battery voltage, the alternating voltage and thus the alternating current for reactive power compensation are to be implemented. To this end, one embodiment of the invention provides that the battery module is designed to be switchable or, in addition, polarity reversal. For this purpose, the battery module comprises a control device and at least one battery string with a predetermined number of switchable or activatable battery cells that are electrically connected in series. The control device is designed to operate the battery cells as a function of the alternating current to be provided, that is to say in particular a desired current strength and phase of the battery current, for activation and / or deactivation.

Durch das Aktivieren wird die entsprechende Batteriezelle dabei dem Batteriestrang zugeschaltet. Durch das Deaktivieren wird die die entsprechende Batteriezelle hingegen aus der Reihenschaltung des Batteriestrangs weggeschaltet oder abgeschaltet. Somit kann durch das Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen eine Menge der tatsächlich in Reihe geschalteten Batteriezellen eingestellt werden. Die Menge der aktivierten Batteriezellen gibt dabei auch eine elektrische Spannung oder Batteriespannung vor, die zwischen Batterieanschlusspolen der Batterie abgreifbar ist. In Abhängigkeit von der so eingestellten Batteriespannung wird wiederum ein Stromfluss in dem Batteriemodul bewirkt und somit der Batteriestrom eingestellt. Dadurch ist mittels des Batteriemoduls ist ein zeitlich veränderlicher Batteriestrom mit nahezu beliebiger Kurvenform bereitstellbar. Beispielsweise kann somit eine Sinuskurvenform, eine Dreieckskurvenform, eine Sägezahnkurvenform und/oder dergleichen nachgebildet werden. Zudem ergibt sich zudem der Vorteil, dass keine zusätzlichen Wechselrichter für das Bereitstellen des Batteriestroms an die Wechselspannungsquelle zur Blindleistungskompensation, wie es beispielsweise bei normalen oder nicht schaltbaren Batteriemodulen üblich ist, nötig sind.When activated, the corresponding battery cell is connected to the battery string. By deactivating, however, the corresponding battery cell is switched off or switched off from the series connection of the battery string. Thus, by activating or deactivating the battery cells, a number of the battery cells actually connected in series can be set. The number of activated battery cells also specifies an electrical voltage or battery voltage that can be tapped between the battery connection poles of the battery. Depending on the battery voltage set in this way, a current flow is in turn caused in the battery module and the battery current is thus set. As a result, a time-varying battery current with almost any curve shape can be provided by means of the battery module. For example, a sinusoidal curve, a triangular curve, a sawtooth curve and / or the like can thus be simulated. In addition, there is also the advantage that no additional inverters are required to provide the battery power to the AC voltage source for reactive power compensation, as is common, for example, with normal or non-switchable battery modules.

Solche schaltbaren Batteriezellen werden häufig auch als Smart Cells bezeichnet. Wie eine schaltbare Batteriezelle beispielhaft realisiert sein kann, ist im späteren Verlauf in Bezug auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung noch einmal näher beschrieben. Das Steuergerät zum Betreiben der jeweiligen Batteriezelle kann bevorzugt als Prozessoreinheit mit zumindest einem Mikroprozessor und/oder zumindest einem Mikrocontroller und/oder zumindest einem FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einem DSP (Digital Signal Processor) ausgebildet sein.Such switchable battery cells are often referred to as smart cells. How a switchable battery cell can be implemented by way of example is described in more detail below with reference to advantageous embodiments of the invention. The control device for operating the respective battery cell can preferably be designed as a processor unit with at least one microprocessor and / or at least one microcontroller and / or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and / or at least one DSP (Digital Signal Processor).

Die mittels des Batteriemoduls bereitgestellte Batteriespannung sollte dabei in etwa der bereitgestellten Wechselspannung der Wechselspannungsquelle entsprechen. Um zu vermeiden, dass jedoch schon bei geringen Abweichungen zwischen der Batteriespannung und der bereitgestellten Wechselspannung ein großer Batteriestrom beispielsweise im Bereich von mehreren 100 Ampere bewirkt wird, ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Energieversorgungsnetz zum Begrenzen des bereitgestellten Wechselstroms des Batteriemoduls zumindest ein Stromspeicherelement umfasst, welches elektrisch mit dem Batteriemodul gekoppelt ist.The battery voltage provided by means of the battery module should correspond approximately to the AC voltage provided by the AC voltage source. In order to avoid that a large battery current, for example in the range of several 100 amperes, is caused even with small deviations between the battery voltage and the provided AC voltage, a further embodiment of the invention provides that the power supply network for limiting the provided AC current of the battery module at least comprises a power storage element which is electrically coupled to the battery module.

Ein solches Stromspeicherelement kann beispielsweise als elektrische Induktivität oder Speicherdrossel ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Stromspeicherelement in das Batteriemodul integriert. Alternativ oder ergänzend kann das Stromspeicherelement jedoch auch in der Versorgungsleitung zwischen der Wechselspannungsquelle und dem Batteriemodul angeschlossen sein.Such a power storage element can be designed, for example, as an electrical inductance or storage choke. The power storage element is preferably integrated into the battery module. As an alternative or in addition, however, the power storage element can also be connected in the supply line between the AC voltage source and the battery module.

Durch das Stromspeicherelement erfolgt somit eine Spannungsentkopplung zwischen der bereitgestellten Wechselspannung und der Batteriespannung. Ergibt sich nun zu einer Spannungsdifferenz zwischen der bereitgestellten Wechselspannung und der Batteriespannung, wird der dadurch bewirkte Batteriestromfluss auf einen durch eine elektrische Eigenschaft des Stromspeicherelements vorgegebenen Maximalwert beschränkt.The power storage element thus decouples the voltage between the provided alternating voltage and the battery voltage. If there is now a voltage difference between the provided alternating voltage and the battery voltage, the resulting battery current flow is limited to a maximum value predetermined by an electrical property of the current storage element.

Wie die schaltbaren Batteriezellen zum Bilden des Batteriemoduls ausgestaltet sein können, ist im Folgenden beispielhaft realisiert. In einer Ausführungsform der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass das Batteriemodul wenigstens zwei Batterieanschlusspole umfasst, wobei der wenigstens eine Batteriestrang mit einem ersten Ende an einem ersten der wenigstens zwei Batterieanschlusspole und mit einem zweiten Ende an einem zweiten der wenigstens zwei Batterieanschlusspole angeschlossen ist. In Bezug auf die Ausgestaltung der Batteriezellen des Batteriemoduls ist weiterhin vorgesehen, dass die jeweilige Batteriezelle vier Zellanschlüsse, eine galvanische Zelle und zwei Halbleiterschalter umfasst. Ein erster der Zellenanschlüsse ist dabei unmittelbar mit einem ersten Potentialanschluss der galvanischen Zelle elektrisch gekoppelt. Ein zweiter der Zellanschlüsse ist über einen ersten der Halbleiterschalter mit einem zweiten Potentialanschluss der galvanischen Zelle elektrisch gekoppelt. Ein dritter der Zellanschlüsse ist unmittelbar mit dem zweiten Potentialanschluss elektrisch gekoppelt. Schließlich ist ein vierter der Zellanschlüsse über einen zweiten der Halbleiterschalter mit dem ersten Potentialanschluss elektrisch gekoppelt.How the switchable battery cells can be designed to form the battery module is implemented by way of example below. In one embodiment of the invention it is provided that the battery module comprises at least two battery connection poles, wherein the at least one battery string is connected with a first end to a first of the at least two battery connection poles and with a second end to a second of the at least two battery connection poles. With regard to the configuration of the battery cells of the battery module, it is further provided that the respective battery cell comprises four cell connections, one galvanic cell and two semiconductor switches. A first of the cell connections is electrically coupled directly to a first potential connection of the galvanic cell. A second one of the cell connections is electrically coupled to a second potential connection of the galvanic cell via a first one of the semiconductor switches. A third of the cell connections is electrically coupled directly to the second potential connection. Finally, a fourth of the cell connections is electrically coupled to the first potential connection via a second of the semiconductor switches.

Zum Bilden des Batteriestrangs, ist in dieser Ausführungsform zudem vorgesehen, dass jeweils der erste Zellenanschluss einer jeweiligen ersten der Batteriezellen mit dem zweiten Zellenanschluss einer jeweiligen zweiten der Batteriezellen elektrisch gekoppelt ist. Weiterhin ist jeweils der dritte Zellenanschluss der jeweiligen ersten Batteriezelle mit dem vierten Zellenanschluss der jeweiligen zweiten Batteriezelle elektrisch gekoppelt. Die vorgenannte Verbindung gilt auch für die übrigen Batteriezellen, die in der Reihenschaltung aneinander angeschlossen werden sollen.To form the battery string, this embodiment also provides that the first cell connection of a respective first one of the battery cells is electrically coupled to the second cell connection of a respective second one of the battery cells. Furthermore, the third cell connection of the respective first battery cell is electrically coupled to the fourth cell connection of the respective second battery cell. The aforementioned connection also applies to the remaining battery cells that are to be connected to one another in the series connection.

Um mittels des Batteriemoduls den gewünschten Wechselstrom entsprechend dynamisch einstellen zu können, ist außerdem vorgesehen, dass das Steuergerät ausgebildet ist, die Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem bereitzustellenden Wechselstrom in einem vorbestimmten Schaltbetrieb zu betreiben. Der Schaltbetrieb ist im späteren Verlauf noch einmal näher erläutert.In order to be able to dynamically set the desired alternating current by means of the battery module, it is also provided that the control device is designed to operate the semiconductor switch in a predetermined switching mode as a function of the alternating current to be provided. The switching operation is explained again in more detail later.

Durch die in dieser Ausführungsform vorgesehene spezielle Schaltungsstruktur der Batteriezelle mit zwei Halbleiterschaltern und vier Zellanschlüssen ist somit ein sogenannter bipolarer Betrieb des Batteriemoduls möglich. Das heißt, durch das Schalten der Halbleiterschalter in einem jeweiligen Schaltzustand erfolgt nicht nur das Zuschalten oder Wegschalten der jeweiligen Batteriezelle zu dem Batteriestrang, sondern es kann zusätzlich auch eine Polarität der galvanischen Zelle gewechselt werden. Das heißt, an den Batterieanschlusspolen ist sowohl eine positive als auch eine negative Spannung einstellbar und somit auch eine Stromflussrichtung des Batteriestroms.The special circuit structure of the battery cell with two semiconductor switches and four cell connections provided in this embodiment enables so-called bipolar operation of the battery module. That is, by switching the semiconductor switch in a respective switching state, not only is the respective battery cell connected or disconnected from the battery string, but the polarity of the galvanic cell can also be changed. This means that both a positive and a negative voltage can be set at the battery connection poles and thus also a current flow direction of the battery current.

Zum Beispiel ist es durch diese spezielle Schaltungsstruktur möglich, mittels des ersten Halbleiterschaltelements die galvanische Zelle zwischen dem ersten und dem zweiten Zellanschluss zu aktivieren, sodass eine entsprechende Gleichspannung an dem ersten und dem zweiten Zellanschluss bereitgestellt werden kann. Bei Deaktivieren des Halbleiterschalters wird durch die Batteriezelle zwischen dem ersten und dem zweiten Zellanschluss hingegen keine Gleichspannung bereitgestellt. Das erste Halbleiterschaltelement kann somit auch als Aktivierungsschalter für die Batteriezelle bezeichnet werden. Wird nun im deaktivierten oder ausgeschalteten Zustand des ersten Halbleiterschalters der zweite Halbleiterschalter aktiviert, also in einen eingeschalteten Schaltzustand versetzt, kann die galvanische Zelle somit überbrückt werden. Der zweite Halbleiterschalter kann somit auch als Überbrückungsschalter bezeichnet werden. Die zusätzliche Funktionalität der Umpolung der galvanischen Zelle ergibt sich insbesondere in Zusammenwirkung von Batteriezellen, die in der Reihenschaltung unmittelbar an die jeweilige Batteriezelle angeschlossen sind. Das heißt, die Umpolung wird durch den zweiten Halbleiterschalter in Verbindung mit dem dritten und dem vierten Zellenanschluss der vorliegenden Schaltungsstruktur realisiert.For example, this special circuit structure makes it possible to activate the galvanic cell between the first and the second cell connection by means of the first semiconductor switching element, so that a corresponding DC voltage can be provided at the first and the second cell connection. When the semiconductor switch is deactivated, on the other hand, no DC voltage is provided by the battery cell between the first and the second cell terminal. The first semiconductor switching element can thus also be referred to as an activation switch for the battery cell. If the second semiconductor switch is now activated in the deactivated or switched-off state of the first semiconductor switch, that is to say put into an switched-on switching state, the galvanic cell can thus be bridged. The second semiconductor switch can thus also be referred to as a bridging switch. The additional functionality of polarity reversal of the galvanic cell results in particular from the interaction of battery cells that are connected directly to the respective battery cell in the series connection. That is, the polarity reversal is implemented by the second semiconductor switch in conjunction with the third and fourth cell terminals of the present circuit structure.

Zum Bereitstellen des Batteriestroms an die Wechselspannungsquelle ist das Batteriemodul bevorzugt mit einem jeweiligen ersten der beiden Batterieanschlusspole an einen Phasenleiter der Versorgungsleitung angeschlossen und mit einem zweiten der Batterieanschlusspole an einen Neutralleiter der Versorgungsleitung angeschlossen.To provide the battery power to the AC voltage source, the battery module is preferably connected with a respective first of the two battery connection poles to a phase conductor of the supply line and connected with a second of the battery connection poles to a neutral conductor of the supply line.

Alternativ zu der zuvor beschriebenen Schaltungsstruktur mit wenigstens zwei Batterieanschlusspolen zum Ermöglichen des bipolaren Betriebs des Batteriemoduls ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Batteriemodul wenigstens drei Batterieanschlusspole umfasst. Der Batteriestrang ist dabei mit einem ersten Ende an einem ersten der wenigstens drei Batterieanschlusspole und mit einem zweiten Ende an einem zweiten der wenigstens drei Batterieanschlusspole elektrisch angeschlossen. Zudem weist der Batteriestrang noch einen Mittelabgriff auf, mit dem der Batteriestrang an den dritten der wenigstens drei Batterieanschlusspole angeschlossen ist. Durch den Mittelabgriff ist der Batteriestrang somit in zwei separate Batterieteilstränge oder Batteriezweige unterteilt. Hierbei wird die Batteriespannung zum Einstellen des gewünschten Batteriestroms somit nicht mehr nur an zwei Batterieanschlusspolen, sondern stattdessen an drei Batterieanschlusspolen bereitgestellt.As an alternative to the circuit structure described above with at least two battery connection poles to enable bipolar operation of the battery module, a further embodiment of the invention provides that the battery module comprises at least three battery connection poles. The battery string is electrically connected with a first end to a first of the at least three battery connection poles and with a second end to a second of the at least three battery connection poles. In addition, the battery string still shows a center tap with which the battery string is connected to the third of the at least three battery connection poles. Through the center tap, the battery string is thus divided into two separate battery sub-strings or battery branches. In this case, the battery voltage for setting the desired battery current is no longer provided at just two battery connection poles, but instead at three battery connection poles.

In Bezug auf die Ausgestaltung der jeweiligen Batteriezelle ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die jeweilige Batteriezelle zwei Zellenanschlüsse, eine galvanische Zelle und eine Reihenschaltung aus zwei Halbleiterschaltern umfasst. Ein erster Potentialanschluss der galvanischen Zelle ist dabei mit einem ersten Ende der Reihenschaltung elektrisch gekoppelt. Ein zweiter Potentialanschluss der galvanischen Zelle ist mit einem zweiten Ende der Reihenschaltung elektrisch gekoppelt. Zudem ist ein erster der Zellenanschlüsse unmittelbar mit dem ersten Potentialanschluss der galvanischen Zelle und ein zweiter der Zellenanschlüsse mit einem Mittelabgriff der Reihenschaltung elektrisch gekoppelt. Die Batteriezelle ist somit mit einer sogenannten Halbbrückenschaltung ausgebildet.With regard to the configuration of the respective battery cell, it is provided in this embodiment that the respective battery cell comprises two cell connections, a galvanic cell and a series connection of two semiconductor switches. A first potential connection of the galvanic cell is electrically coupled to a first end of the series circuit. A second potential connection of the galvanic cell is electrically coupled to a second end of the series circuit. In addition, a first of the cell connections is electrically coupled directly to the first potential connection of the galvanic cell and a second of the cell connections is electrically coupled to a center tap of the series circuit. The battery cell is thus designed with a so-called half-bridge circuit.

Um aus den einzelnen Batteriezellen nun den gewünschten Batteriestrang zu bilden, ist in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass jeweils der erste Zellenanschluss einer jeweiligen ersten der Batteriezellen mit dem zweiten Zellenanschluss der jeweiligen zweiten der Batteriezellen elektrisch gekoppelt ist. Die beschriebene Verbindung gilt auch für die übrigen Batteriezellen, die in der Reihenschaltung aneinander angeschlossen werden sollen.In order to now form the desired battery string from the individual battery cells, it is provided in this embodiment that the first cell connection of a respective first of the battery cells is electrically coupled to the second cell connection of the respective second of the battery cells. The connection described also applies to the remaining battery cells that are to be connected to one another in the series connection.

Zum Einstellen des gewünschten Batteriestroms in Abhängigkeit von der Batteriespannung ist das Steuergerät schließlich ausgebildet, die Halbleiterschalter in Abhängigkeit von dem bereitzustellenden Wechselstrom in einem vorbestimmten Schaltbetrieb zu betreiben.To set the desired battery current as a function of the battery voltage, the control device is finally designed to operate the semiconductor switch as a function of the alternating current to be provided in a predetermined switching mode.

In der in dieser Ausführungsform beschriebenen Schaltungsstruktur ist somit der erste der Halbleiterschalter, also derjenige Halbleiterschalter, der zwischen dem Mittelabgriff und dem zweiten Potentialanschluss der galvanischen Zelle angeschlossen ist, der Aktivierungsschalter. Der zweite Halbleiterschalter, also derjenige Halbleiterschalter, der zwischen dem Mittelabgriff und dem ersten Zellenanschluss der Batteriezelle angeschlossen ist, ist der zuvor beschriebene Überbrückungsschalter. Durch diese Schaltungsstruktur mit zwei Halbleiterschaltern und zwei Zellanschlüssen ist somit ein unipolarer Betrieb des Batteriemoduls realisiert. Ein Wechseln der Polarität der galvanischen Zelle ist somit nicht möglich. Stattdessen Erfolgt das Erzeugen der Batteriespannung mit unterschiedliche Polarität und somit auch eines als Wechselstrom ausgebildeten Batteriestroms erfolgt dabei mithilfe der Teilstränge des Batteriestrangs. Bei einem sinusförmigen Kurvenverlauf des Batteriestroms kann mittels des ersten Teilstrangs beispielsweise die positive Sinuswelle und mittels des zweiten Batteriestrangs die negative Sinuswelle nachgebildet werden. Die entsprechende Batteriespannung wird dabei jeweils zwischen dem ersten und dem dritten Batterieanschlusspol beziehungsweise zwischen dem zweiten und dem dritten Batterieanschlusspol bereitgestellt. Um dies zu realisieren, werden die beiden Teilstränge durch entsprechendes Deaktivieren der Batteriezellen abwechselnd, also getrennt oder unabhängig voneinander, der Versorgungsleitung zu- beziehungsweise abgeschaltet.In the circuit structure described in this embodiment, the first of the semiconductor switches, that is to say the semiconductor switch that is connected between the center tap and the second potential connection of the galvanic cell, is the activation switch. The second semiconductor switch, that is to say the semiconductor switch that is connected between the center tap and the first cell connection of the battery cell, is the bridging switch described above. This circuit structure with two semiconductor switches and two cell connections thus realizes unipolar operation of the battery module. Changing the polarity of the galvanic cell is therefore not possible. Instead, the battery voltage is generated with different polarity and thus also a battery current in the form of alternating current takes place with the help of the partial strings of the battery string. In the case of a sinusoidal curve of the battery current, for example the positive sine wave can be simulated by means of the first partial string and the negative sine wave can be simulated by means of the second battery string. The corresponding battery voltage is provided between the first and the third battery connection pole or between the second and the third battery connection pole. In order to achieve this, the two sub-strings are alternately connected to or disconnected from the supply line by deactivating the battery cells accordingly.

Durch die in den vorangegangenen beiden Ausführungsformen realisierten Ausgestaltungsmöglichkeiten für das Batteriemodul ist es somit möglich, den Batteriestrom zeitlich veränderlich und insbesondere dynamisch einzustellen, sodass sich eine beliebige Kurvenform des Batteriestroms ergibt.The design options for the battery module implemented in the previous two embodiments make it possible to set the battery current so that it changes over time and, in particular, dynamically, so that any curve shape of the battery current results.

Die vorgenannten Halbleiterschalter können insbesondere durch einen Transistor wie beispielsweise einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen Metalloxidfeldeffekttransistor (MOSFET), einen Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), aber auch durch einen Gate Turn Off Thyristor (GTO) und/oder dergleichen oder jeglicher anderer Art von Halbleiterschaltern gebildet sein. Um den Batteriestrom dynamisch in der gewünschten Kurvenform einstellen zu können, werden die Halbleiterschalter dabei, wie zuvor beschrieben, im sogenannten Schaltbetrieb betrieben. Mit Schaltbetrieb ist vorliegend gemeint, dass die Halbleiterschalter jeweils einen eingeschalteten und einen ausgeschalteten Schaltzustand aufweisen. In dem eingeschalteten Schaltzustand weist der jeweilige Halbleiterschalter dabei eine sehr gute Leitfähigkeit auf, sodass ein hoher Stromfluss über den jeweiligen Halbleiterschalter möglich ist. In dem ausgeschalteten Schaltzustand ist der jeweilige Halbleiterschalter hingegen hochohmig. Das heißt, der jeweilige Halbleiterschalter stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, wodurch kein oder nur ein vernachlässigbar geringer elektrischer Stromfluss über den jeweiligen Halbleiterschalter möglich ist. Zum Betreiben der Halbleiterschalter im Schaltbetrieb ist das Steuergerät vorzugsweise direkt in das Batteriemodul integriert. Zum Übermitteln und Empfangen von entsprechenden Steuersignalen des Steuergeräts kann die jeweilige Batteriezelle dazu eine leitungsgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstelle aufweisen.The aforementioned semiconductor switches can in particular by a transistor such as a field effect transistor, preferably a metal oxide field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but also by a gate turn off thyristor (GTO) and / or the like or any other type of semiconductor switch be educated. In order to be able to set the battery current dynamically in the desired curve shape, the semiconductor switches are operated in what is known as switching mode, as described above. In the present case, switching operation means that the semiconductor switches each have an switched-on and a switched-off switching state. In the switched-on switching state, the respective semiconductor switch has very good conductivity, so that a high current flow via the respective semiconductor switch is possible. In the switched-off switching state, however, the respective semiconductor switch has a high resistance. That is, the respective semiconductor switch provides a high electrical resistance, as a result of which no or only a negligibly low electrical current flow is possible via the respective semiconductor switch. To operate the semiconductor switch in switching mode, the control device is preferably integrated directly into the battery module. To transmit and receive corresponding control signals from the control device, the respective battery cell can have a wired or wireless communication interface for this purpose.

Im Folgenden geht es als nächstes darum, wie das Batteriemodul zum Einstellen des gewünschten Batteriestroms durch entsprechendes Schalten der Halbleiterschalter betrieben werden kann. Dazu ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Steuergerät ausgebildet ist, das Batteriemodul durch Betreiben der Halbleiterschalter in einem jeweils vorbestimmten Taktbetrieb in einem Mehrpegelbetrieb und/oder in einem Pulsweitenmodulationsbetrieb zu betreiben.In the following, the next question is how the battery module can be operated to set the desired battery current by switching the semiconductor switches accordingly. To this end, a further embodiment of the invention provides that the control device is designed to operate the battery module by operating the semiconductor switches in a respectively predetermined cycle mode in a multi-level mode and / or in a pulse width modulation mode.

Bei dem Mehrpegelbetrieb und dem Pulsweitenmodulationsbetrieb handelt es sich somit um unterschiedliche Betriebsmöglichkeiten des Batteriemoduls, in denen die Halbleiterschalter in einem entsprechenden Taktbetrieb betrieben werden, damit sich der gewünschte Batteriestrom einstellt.The multi-level operation and the pulse width modulation operation are therefore different operating options for the battery module, in which the semiconductor switches are operated in a corresponding cycle operation so that the desired battery current is established.

In dem Mehrpegelbetrieb werden die Halbleiterschalter dabei derart getaktet, dass die jeweiligen Batteriezellen der Reihenschaltung einzeln und insbesondere nacheinander aktiviert oder deaktiviert werden. Die Menge an in Reihe geschalteten Batteriezellen wird somit wie in einer Kaskade erhöht oder reduziert. Insgesamt ergibt sich somit an den Batterieanschlusspolen eine Batteriespannung, die stufenförmig oder treppenförmig ansteigt oder abfällt. Durch eine geeignete Wahl der Stufen kann somit zum Beispiel eine sinusförmige Wechselspannung, wie sie beispielsweise von der Wechselspannungsquelle bereitgestellt ist, nachgebildet werden, sodass sich daraus der gewünschte Batteriestrom einstellt. Anders ausgedrückt wird der Spannungspegel und somit auch der Strompegel, der mittels des Batteriemoduls bereitgestellt wird, ist somit zeitlich dynamisch veränderbar. Der Spannungspegel und der Strompegel, also die Stromstärke, sind dabei abhängig von der Anzahl an gleichzeitig aktivierten Batteriezellen. In dem Mehrpegelbetrieb ist mittels des Batteriemoduls somit die Funktion eines Mehrpegelenergiewandlers oder nachbildbar. In dem Mehrpegelbetrieb kann eine Taktrate oder Taktfrequenz zum Schalten der Halbleiterschalter dabei in etwa 500 Hertz betragen. Diese Taktrate ist insbesondere abhängig von einer jeweiligen Zellspannung, die mit der jeweiligen Batteriezelle bereitstellbar ist, sowie der Anzahl an in Reihe geschalteten Batteriezellen.In the multi-level operation, the semiconductor switches are clocked in such a way that the respective battery cells of the series connection are activated or deactivated individually and in particular one after the other. The number of battery cells connected in series is thus increased or reduced as in a cascade. Overall, there is thus a battery voltage at the battery connection poles that rises or falls in steps or steps. With a suitable choice of the stages, a sinusoidal alternating voltage, for example, as it is provided by the alternating voltage source, can thus be simulated, so that the desired battery current is established therefrom. In other words, the voltage level and thus also the current level which is provided by means of the battery module can thus be dynamically changed over time. The voltage level and the current level, i.e. the current intensity, are dependent on the number of simultaneously activated battery cells. In multi-level operation, the function of a multi-level energy converter can thus be simulated or simulated by means of the battery module. In multi-level operation, a clock rate or clock frequency for switching the semiconductor switches can be approximately 500 Hertz. This clock rate is particularly dependent on a respective cell voltage that can be provided with the respective battery cell, as well as the number of battery cells connected in series.

Im Gegensatz dazu ist in dem Pulsweitenmodulationsbetrieb des Batteriemoduls vorgesehen, dass die Halbleiterschalter derart getaktet betrieben werden, dass - je nach gewünschter Stromstärke - entweder einzelne, mehrere oder alle der Batteriezellen in der Reihenschaltung gleichzeitig zum Deaktivieren oder Aktivieren angesteuert werden. Es werden also insbesondere eine oder mehrere Batteriezellen gemeinsam angesteuert. Über ein Tastverhältnis, also eine jeweilige Einschaltdauer im Vergleich zu einer Periodendauer, also der Summe der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer der jeweiligen Batteriezelle, wird dabei die Batteriespannung eingestellt und der gewünschte Batteriestrom nachgebildet. Insgesamt wird die Batteriespannung des Batteriemoduls somit nicht in Stufen erhöht, sondern nur zwischen zwei Potentialen oder Potentialzuständen gemäß dem gewünschten Tastverhältnis hin- und hergeschaltet. An den Batterieanschlusspolen wird somit entweder die Gesamtspannung des Batteriemoduls oder keine Spannung bereitgestellt. Um Sprünge in dem resultierenden Batteriestrom auszugleichen, werden die Halbleiterschalter dabei mit einer Taktrate im Kilohertzbereich betrieben. Insbesondere können die Halbleiterschalter beispielsweise mit einer Taktrate von mehr als 20 Kilohertz, bevorzugt mehr als 25 Kilohertz, betrieben werden. Eine solche Taktrate oder Taktfrequenz hat den Vorteil, dass sie außerhalb des Hörbereichs für den Menschen liegt und sich deshalb besonders gut für die Blindleistungskonversation für Haushaltsgeräte eignet. Der Pulsweitenmodulationsbetrieb ist im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass ergänzend auf das entsprechende Fachwissen verwiesen wird.In contrast to this, in the pulse width modulation mode of the battery module, provision is made for the semiconductor switches to be operated clocked in such a way that - depending on the desired current intensity - either individual, several or all of the battery cells in the series circuit are activated simultaneously for deactivation or activation. In particular, one or more battery cells are controlled together. The battery voltage is set and the desired battery current is simulated via a pulse duty factor, i.e. a respective switch-on duration compared to a period duration, i.e. the sum of the switch-on duration and the switch-off duration of the respective battery cell. Overall, the battery voltage of the battery module is therefore not increased in stages, but only switched back and forth between two potentials or potential states according to the desired pulse duty factor. Either the total voltage of the battery module or no voltage is thus provided at the battery connection poles. In order to compensate for jumps in the resulting battery current, the semiconductor switches are operated with a clock rate in the kilohertz range. In particular, the semiconductor switches can be operated, for example, at a clock rate of more than 20 kilohertz, preferably more than 25 kilohertz. Such a clock rate or clock frequency has the advantage that it is outside the audible range for humans and is therefore particularly suitable for reactive power conversation for household appliances. The pulse width modulation mode is extensively known in the prior art, so that reference is additionally made to the corresponding specialist knowledge.

Durch das Nutzen von schaltbaren Batteriezellen ist das Batteriemodul besonders einfach auch für mehrphasige Energieversorgungsnetze einsetzbar. Das Batteriemodul umfasst dann bevorzugt für jede Phase des Energieversorgungsnetzes einen separaten Batteriestrang, wobei die Batteriezellen des jeweiligen Batteriestrangs mittels des Steuergeräts unabhängig voneinander betreibbar sind. Das heißt, der gewünschte Batteriestrom je Batteriestrang kann unabhängig von den Batterieströmen in den anderen Batteriesträngen eingestellt werden. Damit kann bei einer dreiphasigen Ausgestaltung des Energieversorgungsnetzes mittels des Batteriemoduls beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrom oder Drehstrom zur Blindleistungskompensation bereitgestellt werden.By using switchable battery cells, the battery module can also be used particularly easily for multi-phase energy supply networks. The battery module then preferably comprises a separate battery string for each phase of the energy supply network, the battery cells of the respective battery string being operable independently of one another by means of the control device. This means that the desired battery current for each battery string can be set independently of the battery currents in the other battery strings. In this way, with a three-phase configuration of the energy supply network, the battery module can be used, for example, to provide a three-phase alternating current or three-phase current for reactive power compensation.

Ist das Batteriemodul dabei gemäß der vorgenannten Ausführungsform für den bipolaren Betrieb ausgestaltet, sind die Batteriestränge vorzugsweise mit einem jeweiligen ersten Ende an einem jeweiligen einer der Phasen zugeordneten Batterieanschlusspol angeschlossen. Mit einem jeweiligen zweiten Ende sind die Batteriestränge hingegen gemeinsam an einem einem Bezugspotential zugeordneten Batterieanschlusspol angeschlossen. Somit ist eine Sternschaltung der Batteriestränge realisiert. Zum Bereitstellen des Batteriestroms an das Energieversorgungsnetz zur Blindleistungskompensation kann der dem Bezugspotential zugeordnete Batterieanschlusspol, weleher insbesondere den Sternpunkt der Sternschaltung bildet, an einen Bezugspotentialleiter der Versorgungsleitung, also beispielsweise an einen Nullleiter oder Neutralleiter, angeschlossen sein. Mit den den Phasen zugeordneten Batterieanschlusspolen ist das Batteriemodul hingegen an jeweils einen Phasenleiter der Versorgungsleitung angeschlossen. Bei der dreiphasigen Ausgestaltung des Energieversorgungsnetzes würde das Batteriemodul dementsprechend beispielsweise vier Batterieanschlusspole umfassen.If the battery module is designed for bipolar operation according to the aforementioned embodiment, the battery strings are preferably connected with a respective first end to a respective battery connection pole assigned to one of the phases. With a respective second end, however, the battery strings are jointly connected to a battery connection pole assigned to a reference potential. A star connection of the battery strings is thus implemented. To provide the battery power to the power supply network for reactive power compensation, the battery connection pole assigned to the reference potential, which in particular forms the star point of the star connection, can be connected to a reference potential conductor of the supply line, for example to a neutral conductor. By contrast, with the battery connection poles assigned to the phases, the battery module is each connected to a phase conductor of the supply line. In the three-phase configuration of the energy supply network, the battery module would accordingly comprise four battery connection poles, for example.

Ist das Batteriemodul hingegen gemäß der Ausführungsform für den unipolaren Betrieb ausgestaltet, sind die Batteriestränge vorzugsweise mit einem jeweiligen ersten Ende gemeinsam an einem einem Bezugspotential zugeordneten ersten Batterieanschlusspol und mit einem jeweiligen zweiten Ende gemeinsam an einem weiteren dem Bezugspotential zugeordneten zweiten Batterieanschlusspol angeschlossen. Mit ihrem jeweiligen Mittelabgriff sind die Batteriestränge dabei bevorzugt an einem einer jeweiligen Phase zugeordneten Batterieanschlusspol angeschlossen. Für die Blindleistungskompensation sind die beiden dem Bezugspotential zugeordneten Batterieanschlusspole vorzugsweise in einer Parallelschaltung an den vorgenannten Bezugspotentialleiter oder Neutralleiter angeschlossen. Die Phasenleiter der Versorgungsleitung sind hingegen bevorzugt mit den der Phase zugeordneten Batterieanschlusspolen elektrisch gekoppelt. Bei der dreiphasigen Ausgestaltung des Energieversorgungsnetzes umfasst das Batteriemodul in dieser Ausgestaltung somit insbesondere fünf Batterieanschlusspole.If, on the other hand, the battery module is configured for unipolar operation according to the embodiment, the battery strings are preferably connected with a respective first end jointly to a first battery connection pole assigned to a reference potential and with a respective second end jointly connected to a further second battery connection pole assigned to the reference potential. With their respective center tap, the battery strings are preferably connected to a battery connection pole assigned to a respective phase. For reactive power compensation, the two battery connection poles assigned to the reference potential are preferably connected in a parallel circuit to the aforementioned reference potential conductor or neutral conductor. In contrast, the phase conductors of the supply line are preferably electrically coupled to the battery connection poles assigned to the phase. In the three-phase configuration of the energy supply network, the battery module in this configuration thus comprises, in particular, five battery connection poles.

Dem Grunde nach kann der zuvor beschriebene Betrieb des Batteriemoduls aber nicht nur zum Bereitstellen des Batteriestroms, also zum Bereitstellen von elektrischer Energie, genutzt werden, sondern der Betrieb kann auch genutzt werden, um die Batterie aufzuladen, indem die elektrische Energie zugeführt wird. Die Anwendung ist daher nicht darauf beschränkt, elektrische Energie durch die Batterie abzugeben, sondern sie kann auch zur Energieaufnahme und zum Speichern der elektrischen Energie genutzt werden.Basically, the above-described operation of the battery module can not only be used to provide the battery power, that is, to provide electrical energy, but the operation can also be used to charge the battery by supplying the electrical energy. The application is therefore not limited to delivering electrical energy through the battery, but can also be used to absorb energy and to store the electrical energy.

Dazu ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Energieversorgungsnetz zum Laden des Batteriemoduls eine Photovoltaikanlage umfasst, welche mit dem Batteriemodul elektrisch koppelbar ist. Das Batteriemodul kann sowohl im Ladebetrieb als auch im Kompensationsbetrieb, also im Entladebetrieb, betrieben werden. Bevorzugt umfasst das Energieversorgungsnetz in diesem Zusammenhang auch eine Trennschalteinheit, mittels der das Batteriemodul in dem Ladebetrieb mit der Photovoltaikanlage oder in dem Kompensationsbetrieb mit der Versorgungsleitung elektrisch verbunden werden kann.To this end, a further embodiment of the invention provides that the energy supply network for charging the battery module comprises a photovoltaic system which can be electrically coupled to the battery module. The battery module can be operated both in charging mode and in compensation mode, i.e. in discharging mode. In this context, the energy supply network preferably also comprises a disconnection unit, by means of which the battery module can be electrically connected to the photovoltaic system in the charging mode or to the supply line in the compensation mode.

Um während des Ladebetriebs, also beim Laden des Batteriemoduls, auf die Funktion der Blindleistungskompensation nicht verzichten zu müssen, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Energieversorgungsnetz mehr als eines der vorgenannten Batteriemodule umfasst. Die unterschiedlichen Batteriemodule können dabei unabhängig voneinander in dem Ladebetrieb und dem Kompensationsbetrieb betrieben werden. Somit kann während des Ladens eines ersten der Batteriemodule mittels eines zweiten der Batteriemodule die Blindleistung kompensiert werden und umgekehrt.In order not to have to forego the reactive power compensation function during charging operation, that is to say when charging the battery module, it is advantageously provided that the energy supply network comprises more than one of the aforementioned battery modules. The different battery modules can be operated independently of one another in the charging mode and the compensation mode. Thus, while a first of the battery modules is being charged, the reactive power can be compensated for by means of a second of the battery modules, and vice versa.

Die Erfindung betrifft auch eine entsprechend Blindleistungskompensationseinrichtung zur Blindleistungskompensation für ein Energieversorgungsnetz zur elektrischen Energieversorgung eines Haushalts und/oder einer Industrieanlage. Dazu umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung das Batteriemodul zum Bereitstellen des Batteriestroms, das Steuergerät) und den wenigstens einen Batteriestrang mit der vorgegebenen Anzahl an elektrisch in Reihe angeschlossenen, schaltbaren Batteriezellen. Funktion des Steuergeräts ist es, die Batteriezellen in Abhängigkeit von dem bereitzustellenden Batteriestrom zum Aktivieren und/oder Deaktivieren zu betreiben.The invention also relates to a corresponding reactive power compensation device for reactive power compensation for an energy supply network for supplying electrical energy to a household and / or an industrial plant. For this purpose, the reactive power compensation device comprises the battery module for providing the battery current, the control device and the at least one battery string with the specified number of switchable battery cells electrically connected in series. The function of the control device is to operate the battery cells as a function of the battery current to be provided for activation and / or deactivation.

Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zur Blindleistungskompensation in einem Energieversorgungsnetz der elektrischen Energieversorgung eines Haushalts und/oder einer Industrieanlage. In dem Verfahren ist vorgesehen, dass die elektrische Verbrauchereinrichtung des Energieversorgungsnetzes mit der von der Wechselspannungsquelle an das Energieversorgungsnetz bereitgestellten Wechselspannung beaufschlagt wird. Üblicherweise stellt eine solche Wechselspannungsquelle zur Energieversorgung des Energieversorgungsnetzes eine Wechselspannung mit einer Netzfrequenz von zum Beispiel etwa 50 Hertz und einem Effektivwert von zum Beispiel etwa 230 V auf.The invention also relates to a corresponding method for reactive power compensation in an energy supply network for the electrical energy supply of a household and / or an industrial plant. In the method it is provided that the electrical consumer device of the energy supply network is charged with the alternating voltage provided by the AC voltage source to the energy supply network. Such an alternating voltage source for the energy supply of the energy supply network usually produces an alternating voltage with a network frequency of, for example, about 50 Hertz and an effective value of, for example, about 230V.

Durch das Beaufschlagen mit der Wechselspannung bewirkt die Verbrauchereinrichtung in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen elektrischen Eigenschaft den einen zu der Wechselspannung phasenverschobenen elektrischen Wechselstrom oder Verbraucherstrom. Durch diese Phasenverschiebung ergibt sich die eingangs beschriebene Blindleistung. Um die Blindleistung zu kompensieren, wird mittels einer Blindleistungskompensationseinrichtung die aus der Phasenverschiebung resultierende erste Phasendifferenz zwischen der bereitgestellten Wechselspannung und des Verbraucherstroms ermittelt. Um die Blindleistung schließlich zu kompensieren, wird mittels des parallel zu der Verbrauchereinrichtung an der Versorgungsleitung angeschlossenen Batteriemoduls in Abhängigkeit von der ermittelten ersten Phasendifferenz die Wechselspannungsquelle derart mit dem zweiten elektrischen Wechselstrom, also dem Batteriestrom, beaufschlagt, dass die Summe des Batteriestroms und des Verbraucherstroms den Summenwechselstrom mit einer zweiten Phasendifferenz in Bezug auf die bereitgestellte Wechselspannung bewirkt, wobei die zweite Phasendifferenz im Vergleich zu der ersten Phasendifferenz zumindest im Betrag oder betragsmäßig reduziert ist.By applying the alternating voltage, the consumer device effects the one electrical alternating current or consumer current that is out of phase with the alternating voltage, depending on its respective electrical property. This phase shift results in the reactive power described at the beginning. In order to compensate for the reactive power, the first phase difference resulting from the phase shift between the provided alternating voltage and the consumer current is determined by means of a reactive power compensation device. In order to finally compensate for the reactive power, the AC voltage source is applied with the second electrical alternating current, i.e. the battery current, by means of the battery module connected in parallel to the consumer device on the supply line, depending on the determined first phase difference, that the sum of the battery current and the consumer current the Caused cumulative alternating current with a second phase difference in relation to the provided alternating voltage, wherein the second phase difference is reduced in comparison to the first phase difference at least in amount or amount.

Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang auch vorgeschlagen, dass die Halbleiterschalter der Batteriezellen im bestimmungsgemäßen Betrieb zum Bereitstellen des gewünschten Wechselstroms derart betrieben werden, dass eine Beanspruchung der galvanischen Zellen der Batteriezellen gleichmäßig erfolgt. Zum Beispiel können mittels des Steuergeräts zyklisch unterschiedliche der Batteriezellen der Reihenschaltung aktiviert werden. Somit kann ein Balancing in Bezug auf einen jeweiligen Ladezustand, aber beispielsweise auch in Bezug auf eine Temperatur oder einen Gesundheitszustand und/oder dergleichen der jeweiligen Batteriezelle der Reihenschaltung erreicht werden.In this context, it is preferably also proposed that the semiconductor switches of the battery cells are operated in normal operation to provide the desired alternating current in such a way that the galvanic cells of the battery cells are stressed uniformly. For example, different battery cells of the series circuit can be activated cyclically by means of the control device. Balancing can thus be achieved in relation to a respective state of charge, but for example also in relation to a temperature or a state of health and / or the like of the respective battery cell of the series connection.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem vorgesehen, dass für das Batteriemodul zumindest teilweise eine vormalige oder recycelte Antriebsbatterie eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Das heißt, es kann beispielsweise die gesamte Antriebsbatterie oder Traktionsbatterie oder einzelne Komponenten der Traktionsbatterie, wie beispielsweise einzelne Modulblöcke oder einzelne Zellen, zum Bilden des Batteriemoduls für die Blindleistungskompensationseinrichtung genutzt werden. Zur Vereinfachung wird im Folgenenden in diesem Zusammenhang nur noch von der Antriebsbatterie an sich gesprochen. Gemeint ist dabei aber natürlich jeweils der gewünschte Teil (gesamte Antriebsbatterie und/oder einzelne Komponenten und/oder Komponentenblöcke) der Antriebsbatterie, der für den Einsatz in der Blindleistungskompensationseinrichtung für das Energieversorgungsnetz ausgewählt werden soll. Um dementsprechend eine passende Antriebsbatterie und/oder passende Komponenten hiervon für die Verwendung in dem Batteriemodul für die Blindleistungskompensation auszuwählen, wird die Antriebsbatterie vor der Verwendung überprüft und insbesondere ihre Funktionsfähigkeit untersucht. Zum Auswählen der Antriebsbatterie wird dazu wenigstens ein Betriebsparameter der Antriebsbatterie gemäß einem vorbestimmten Auswahlkriterium ausgewertet.In one embodiment of the method according to the invention it is also provided that a previous or recycled drive battery of a motor vehicle is at least partially used for the battery module. This means that, for example, the entire drive battery or traction battery or individual components of the traction battery, such as individual module blocks or individual cells, can be used to form the battery module for the reactive power compensation device. For the sake of simplicity, only the drive battery itself will be spoken of in the following in this context. What is meant is, of course, the desired part (entire drive battery and / or individual components and / or component blocks) of the drive battery that is to be selected for use in the reactive power compensation device for the power supply network. In order to accordingly select a suitable drive battery and / or suitable components thereof for use in the battery module for reactive power compensation, the drive battery is checked before use and, in particular, its functionality is examined. To select the drive battery, at least one operating parameter of the drive battery is evaluated according to a predetermined selection criterion.

Durch den Einsatz von vormaligen oder recycelten Antriebsbatterien im sogenannten „Second Life“ (zweiten Leben) ergibt sich der Vorteil, dass die Verfügbarkeit einer solchen Blindleistungskompensationsanlage noch weiter erhöht werden kann. So kann ein Nutzer beispielsweise das entsprechende Batteriemodul für die Blindleistungskompensation einfach aus seinem Altfahrzeug verwenden. Dadurch eignen sich derart ausgestaltete Batteriemodule insbesondere für private Haushalte. Aber auch in industriellen Anwendungen ist der Einsatz derartiger Batteriemodule denkbar. Bei Batteriemodulen, die auch recycelten Antriebsbatterien hergestellt sind, ergibt sich zudem der Vorteil, dass eine Steuerelektronik und eine entsprechende Schaltungstopologie hierzu bereits hinreichend für die entsprechende Verwendung implementiert ist. Üblicherweise ist in einer solchen Antriebsbatterie auch bereits eine Kompensationsmöglichkeit beispielsweise in Form eines WLAN-Moduls integriert. Dadurch kann das Batteriemodul ohne großen Aufwand beispielsweise von außen, also beispielsweise durch den Nutzer, bei Bedarf einfach abgeschaltet werden.Using previous or recycled drive batteries in what is known as “second life” has the advantage that the availability of such a reactive power compensation system can be increased even further. For example, a user can simply use the corresponding battery module for reactive power compensation from his old vehicle. As a result, battery modules configured in this way are particularly suitable for private households. The use of such battery modules is also conceivable in industrial applications. In the case of battery modules that are also manufactured from recycled drive batteries, there is also the advantage that control electronics and a corresponding circuit topology are already sufficiently implemented for the corresponding use. A compensation option, for example in the form of a WLAN module, is usually already integrated in such a drive battery. As a result, the battery module can easily be switched off, for example externally, for example by the user, if necessary.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass gemäß dem Auswahlkriterium geprüft wird, ob zumindest ein jeweiliger Betriebswert eines der jeweiligen Betriebsparameter der Antriebsbatterie einen vorbestimmten ersten Normwertebereich für den Einsatz in dem Kraftfahrzeug verlässt. Verlässt der jeweilige Betriebswert dabei den jeweils vorgegebenen ersten Normwertebereich, wird die Antriebsbatterie als ungeeignet für den Einsatz als Fahrzeugbatterie klassifiziert oder betrachtet. Liegt der jeweilige Betriebswert hingegen innerhalb des zugeordneten ersten Normwertebereichs, wird die Eignung als Fahrzeugbatterie bestätigt. In dem ersten Überprüfungsschritt geht es also darum zu überprüfen, ob die Antriebsbatterie beziehungsweise die gewünschte Komponente für den Einsatz als Antriebsbatterie in dem Fahrzeug ungeeignet ist oder vorbestimmte Anforderungen für den Einsatz als Antriebsbatterie nicht mehr erfüllt. Dabei genügt es, wenn ein einziger Betriebsparameter die vorbestimmten Anforderungen nicht mehr erfüllt, also dessen Betriebswert außerhalb des zugeordneten Normwertebereichs liegt.In a further embodiment of the method according to the invention it is provided that according to the selection criterion it is checked whether at least one respective operating value of one of the respective operating parameters of the drive battery leaves a predetermined first standard value range for use in the motor vehicle. If the respective operating value leaves the respectively specified first standard value range, the drive battery is classified or considered unsuitable for use as a vehicle battery. If, on the other hand, the respective operating value lies within the assigned first standard value range, the suitability as a vehicle battery is confirmed. The first checking step is therefore about checking whether the drive battery or the desired component is unsuitable for use as a drive battery in the vehicle or no longer meets predetermined requirements for use as a drive battery. It is sufficient here if a single operating parameter no longer meets the predetermined requirements, that is to say its operating value lies outside the assigned standard value range.

Zusätzlich oder alternativ wird gemäß dieser Ausführungsform in einem zweiten Überprüfungsschritt überprüft, ob zumindest ein jeweiliger Betriebswert des wenigstens einen Betriebsparameters innerhalb eines jeweiligen vorbestimmten zweiten Normwertebereichs für den Einsatz in dem Energieversorgungsnetz liegt. Verlässt der jeweilige Betriebswert dabei den jeweils vorgegebenen zweiten Normwertebereich, wird die Antriebsbatterie als ungeeignet für den Einsatz zur Blindleistungskompensation klassifiziert oder betrachtet. Liegt der jeweilige Betriebswert hingegen innerhalb des zugeordneten zweiten Normwertebereichs, wird die Eignung zur Blindleistungskompensation bestätigt. In dem zweiten Überprüfungsschritt wird also bevorzugt überprüft, ob die Antriebsbatterie sich überhaupt für den Einsatz zur Blindleistungskompensation eignet. Dabei sollten alle überprüften Betriebsparameter die vorbestimmten Anforderungen oder Vorgaben für den Einsatz in der Bildleistungskompensationseinrichtung für das Energienetz erfüllen. Die Normwertebereiche für die jeweiligen Betriebswerte können beispielsweise durch Richtlinien oder Formvorschriften vorgegeben sein und/oder von einem Fachmann festgelegt sein, zum Beispiel durch Ermitteln in Testreihen.Additionally or alternatively, according to this embodiment, it is checked in a second checking step whether at least one respective operating value of the at least one operating parameter is within a respective predetermined second standard value range for use in the energy supply network. If the respective operating value leaves the respectively specified second standard value range, the drive battery is classified or viewed as unsuitable for use for reactive power compensation. If, on the other hand, the respective operating value lies within the assigned second standard value range, the suitability for reactive power compensation is confirmed. In the second checking step, it is therefore preferably checked whether the drive battery is at all suitable for use for reactive power compensation. All checked operating parameters should meet the predetermined requirements or specifications for use in the image power compensation device for the energy network. The standard value ranges for the respective operating values can be specified, for example, by guidelines or formal requirements and / or established by a person skilled in the art, for example by determining them in test series.

In Bezug auf den wenigstens einen Betriebsparameter ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass als der wenigstens eine Betriebsparameter ein Prozentsatz an funktionseingeschränkten und/oder funktionsunfähigen Batteriezellen der Antriebsbatterie und/oder eine maximale Batteriespannung und/oder eine Stabilität der Batteriespannung und/oder eine Batteriekapazität und/oder eine vorbestimmte Lebensdauer und/oder eine Ladedauer und/oder eine Maximaltemperatur und/oder eine Rüttelfestigkeit und/oder eine Stoßfestigkeit und/oder dergleichen ausgewertet wird.With regard to the at least one operating parameter, a further embodiment of the method according to the invention provides that, as the at least one operating parameter, a percentage of functionally restricted and / or non-functional battery cells of the drive battery and / or a maximum battery voltage and / or a stability of the battery voltage and / or a battery capacity and / or a predetermined service life and / or a charging time and / or a maximum temperature and / or a vibration resistance and / or a shock resistance and / or the like is evaluated.

Es kann also beispielsweise überprüft werden, ob ein vorbestimmter Prozentsatz an Batteriezellen der Antriebsbatterie funktionseingeschränkt und/oder funktionsunfähig ist. Anders ausgedrückt, kann ermittelt werden, wie viele der Batteriezellen der Antriebsbatterie bereits ausgefallen oder defekt (funktionsunfähig) sind und/oder eine vorbestimmte Anforderung, die zum Beispiel durch den jeweiligen Normwertebereich festgelegt ist, nicht mehr erfüllen (funktionsgestört). Zum Bestimmen des Prozentsatzes an funktionseingeschränkten und/oder funktionsunfähigen Batteriezellen, kann zum Beispiel, wie zuvor für die Antriebsbatterie beschrieben, ein jeweiliger Batteriezellen-Betriebsparameter überprüft werden. Als erster Normwertebereich kann dabei zum Beispiel ein Prozentsatz zwischen 100% und 90% oder 100% und 80% vorgesehen sein. Als zweiter Normwertebereich kann zum Beispiel ein Prozentsatz zwischen 90% und 70% oder 80% und 60% vorgesehen sein.It can therefore be checked, for example, whether a predetermined percentage of battery cells in the drive battery is functionally restricted and / or inoperable. In other words, it can be determined how many of the battery cells of the drive battery have already failed or are defective (inoperable) and / or no longer meet a predetermined requirement, for example defined by the respective standard value range (malfunction). To determine the percentage of functionally restricted and / or inoperable battery cells, for example, as described above for the drive battery, a respective battery cell operating parameter can be checked. For example, a percentage between 100% and 90% or 100% and 80% can be provided as the first standard value range. A percentage between 90% and 70% or 80% and 60%, for example, can be provided as the second standard value range.

Zusätzlich oder alternativ kann zum Beispiel auch eine Summenspannung der Batteriezellen, also die maximale Batteriespannung, die an Batterieanschlusspolen der Antriebsbatterie abgreifbar ist, ermittelt werden und mit einem vorbestimmten Minimalspannungswert verglichen werden. Der Minimalspannungswert kann zum Beispiel die Untergrenze des vorgenannten ersten Normwertebereichs sein. Beim Unterschreiten des Minimalspannungswerts kann somit die Tauglichkeit der Antriebsbatterie für den Einsatz als in dem Fahrzeug verneint werden.Additionally or alternatively, for example, a total voltage of the battery cells, that is to say the maximum battery voltage that can be tapped at the battery connection poles of the drive battery, can be determined and compared with a predetermined minimum voltage value. The minimum voltage value can be, for example, the lower limit of the aforementioned first standard value range. If the voltage falls below the minimum voltage, the suitability of the drive battery for use in the vehicle can be denied.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Blindleistungskompensationseinrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Energienetzes beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Blindleistungskompensationseinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention and the reactive power compensation device according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the energy network according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention and the reactive power compensation device according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Energieversorgungsnetzes zur elektrischen Energieversorgung für einen Haushalt oder eine Industrieanlage mit einer Blindleistungskompensation;
2 eine schematische Schaltbilddarstellung eines Batteriemoduls, wie es in dem Energieversorgungsnetz für die Blindleistungskompensation eingesetzt werden kann; und
3 eine schematische Schaltbilddarstellung einer Ausgestaltungsmöglichkeit einer Batteriezelle für ein solches Batteriemodul.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic representation of an energy supply network for electrical energy supply for a household or an industrial plant with reactive power compensation;
2 a schematic circuit diagram representation of a battery module as it can be used in the power supply network for reactive power compensation; and
3 a schematic circuit diagram representation of an embodiment of a battery cell for such a battery module.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that further develop the invention in each case also independently of one another.

Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. Die Ausführungsbeispiele dienen somit ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described. The exemplary embodiments thus serve exclusively to explain the invention and are not intended to restrict it.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 10 für einen Haushalt und/oder eine Industrieanlage. Bei dem Energieversorgungsnetz 10 handelt es sich somit um ein Haushaltskundennetz oder Letztverbrauchernetz. Das Energieversorgungsnetz 10 umfasst wenigstens einer elektrischen Verbrauchereinrichtung 12, die beispielsweise als Haushaltsgerät ausgebildet sein kann. Die elektrische Energie zum Betreiben der Verbrauchereinrichtung 12 wird dabei in Form einer Wechselspannung UQ von einer Wechselspannungsquelle 17 bereitgestellt und dem Energieversorgungsnetz 10 zugeführt. Die Wechselspannungsquelle 17 ist bevorzugt als allgemeines Energieversorgungsnetz oder Energieversorgungsnetz der allgemeinen Versorgung ausgebildet. Zum Zuführen der von der Wechselspannungsquelle 17 bereitgestellten Wechselspannung UQ umfasst das Energieversorgungsnetz 10 eine Versorgungsleitung 11, an welche die elektrische Verbrauchereinrichtung 12 angeschlossen ist. 1 shows a schematic representation of an electrical power supply network 10 for a household and / or an industrial plant. In the energy supply network 10 it is therefore a household customer network or end consumer network. The energy supply network 10 comprises at least one electrical consumer device 12th which can be designed, for example, as a household appliance. The electrical energy to operate the consumer device 12th is in the form of an alternating voltage UQ from an alternating voltage source 17th provided and the power supply network 10 fed. The AC voltage source 17th is preferably designed as a general energy supply network or energy supply network for general supply. For supplying the from the AC voltage source 17th AC voltage UQ provided includes the power supply network 10 a supply line 11th , on which the electrical consumer device 12th connected.

Bei Beaufschlagen mit der bereitgestellten Wechselspannung UQ bewirkt die elektrische Verbrauchereinrichtung 12 dabei in Abhängigkeit von einer elektrischen Eigenschaft einen zu der Wechselspannung UQ phasenverschobenen elektrischen Wechselstrom oder Verbraucherstrom iV. Weist die Verbrauchereinrichtung beispielsweise die elektrische Eigenschaft einer elektrischen Induktivität oder Spule auf, würde sich somit eine Phasenverschiebung ergeben, bei welcher eine Phase des Verbraucherstroms iV einer Phase der Wechselspannung UQ nacheilt. Weist die Verbrauchereinrichtung 12 hingegen die elektrische Eigenschaft einer elektrischen Kapazität oder eines Kondensators auf, würde sich hingegen eine Phasenverschiebung ergeben, bei welcher der Verbraucherstrom iV der Wechselspannung UQ vorauseilt.When the provided alternating voltage UQ is applied, the electrical consumer device effects 12th in this case, depending on an electrical property, an electrical alternating current or consumer current iV phase-shifted with respect to the alternating voltage UQ. For example, if the consumer device has the electrical property of an electrical inductance or coil, a phase shift would result in which one phase of the consumer current lags behind a phase of the alternating voltage UQ. Instructs the consumer device 12th on the other hand, the electrical property of an electrical capacitance or a capacitor would result, however, a phase shift in which the consumer current iV leads the AC voltage UQ.

Durch diese Phasenverschiebung zwischen dem Verbraucherstrom iV und der Wechselspannung UQ resultiert eine Blindleistung, die nicht als Nutzleistung zum Betreiben der Verbrauchereinrichtung 12 umgesetzt werden kann. Vielmehr pendelt diese Blindleistung sozusagen zwischen der Verbrauchereinrichtung 12 und der Wechselspannungsquelle 17 hin und her und belastet die Übertragungsstrecke zwischen Wechselspannungsquelle 17 und Verbrauchereinrichtung 12 zusätzlich. Durch die Blindleistung ergeben sich zudem auch zusätzliche Transportverluste beim Übertragen oder Transportieren der elektrischen Energie im Stromnetz oder Übertragungsnetz, also bei der Übertragung der elektrischen Energie von der Wechselspannungsquelle 17 an das Energieversorgungsnetz 10. Alle Bauteile des Übertragungsnetzes, wie beispielsweise Energieübertragungsleitungen, Schalter, Transformatoren und/oder dergleichen müssen somit für die Blindleistung ausgelegt sein.This phase shift between the consumer current iV and the alternating voltage UQ results in reactive power that is not used as useful power for operating the consumer device 12th can be implemented. Rather, this reactive power oscillates, so to speak, between the consumer device 12th and the AC voltage source 17th back and forth and loads the transmission path between the AC voltage source 17th and consumer device 12th Additionally. The reactive power also results in additional transport losses when transmitting or transporting the electrical energy in the power grid or transmission network, that is to say when transmitting the electrical energy from the AC voltage source 17th to the energy supply network 10 . All components of the transmission network, such as energy transmission lines, switches, transformers and / or the like, must therefore be designed for the reactive power.

Um die Auswirkungen der mittels der Verbrauchereinrichtung 12 erzeugten Blindleistung auf die Wechselspannungsquelle 17 zu reduzieren, werden Methoden zur Blindleistungskompensation eingesetzt. Dazu können beispielsweise sogenannte Blindleistungskompensationsanlagen in dem Übertragungsnetz eingebaut werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Blindleistungskompensation auch mittels konventionellen Kohle- und/oder Kernkraftwerken erfolgen. Üblicherweise wird dabei von dem Kraftwerk und/oder der Blindleistungskompensationsanlage selbst wiederum eine Blindleistung erzeugt, die invers zu der von der Verbrauchereinrichtung 12 erzeugten Blindleistung ausgebildet ist. Dadurch löschen sich die Blindleistungen sozusagen gegenseitig aus oder reduzieren sich zumindest.To the effects of the means of the consumer device 12th generated reactive power to the AC voltage source 17th To reduce this, methods of reactive power compensation are used. For this purpose, so-called reactive power compensation systems can be installed in the transmission network, for example. In addition or as an alternative, the reactive power compensation can also take place by means of conventional coal and / or nuclear power plants. Usually, the power plant and / or the reactive power compensation system itself generates reactive power that is inverse to that of the consumer device 12th generated reactive power is formed. As a result, the reactive powers cancel each other out, so to speak, or at least reduce each other.

Durch den zukünftigen Ausstieg aus der Kohle- und Kernenergie und den dadurch resultierenden Ausbau an erneuerbaren Energien wächst jedoch zusätzlich die täglich eingespeiste Leistung oder elektrische Energie aus Sonnen-, Wind- und/oder Biomassenenergie. Beim Bereitstellen von elektrischer Energie von regenerativen Energiequellen kommt es jedoch zusätzlich zu Einspeiseschwankungen, wodurch die Blindleistung in dem Übertragungsnetz noch weiter erhöht wird. Somit wird sich auch der Bedarf an Blindleistungskompensation in Zukunft drastisch erhöhen. Bisher stellen größtenteils ans Übertragungsnetz angeschlossene konventionelle Kraftwerke Blindleistung für die Kompensation der von der Verbrauchereinrichtung 12 erzeugten Blindleistung sowohl für die Netzebene, an denen sie angeschlossen sind, als auch für die nachgelagerten Netzebenen, wie beispielsweise das vorgenannte Energieübertragungsnetz 10, bereit. Da sich die Gesamtleistung der von konventionellen Kraftwerken erzeugten elektrischen Energie im Zuge der Transformation des Energiesystems (also von konventionellen Kraftwerken zu regenerativen Energiequellen) jedoch Schritt für Schritt reduzieren wird, müssen in Zukunft vermehrt alternative Technologien für die Blindleistungskompensation und somit eine stabile Spannungsversorgung sorgen. Darüber hinaus steigt infolge des wachsenden Anteils der regenerativen Energiequellen zusätzlich auch der Bedarf an kompensierender Blindleistung. Gründe dafür sind zum Beispiel Spannungsabweichungen, die durch die steigende Leistungstransite im Übertragungsnetz entstehen. Hinzu kommen auch wechselnde Lastflüsse durch die fluktuierende Einspeisung von erneuerbaren Energiequellen. Auch der internationale Stromhandel sowie die zunehmende Verkabelung im Verteilernetz, also beispielsweise einem Haushaltskundennetz, haben Einfluss auf eine Stabilität der Spannung. Wird jedoch eine Blindleistungskompensationsanlage, welche die kompensierende Blindleistung erzeugt und wieder aufnimmt, verbrauchernah installiert, kann das Übertragungsnetz, also die Wechselspannungsquelle 16, entlastet und daher kleiner dimensioniert werden. In derart entlasteten Stromnetzen entspricht dann bevorzugt die gesamte Leistung der tatsächlichen Wirkleistung oder Nutzleistung zur Versorgung des jeweiligen Energieversorgungsnetzes 10. Dadurch steht mehr Kapazität für den Stromtransport zur Verfügung.However, due to the future exit from coal and nuclear energy and the resulting expansion of renewable energies, the daily fed-in power or electrical energy from solar, wind and / or biomass energy is also growing. When providing electrical energy from renewable energy sources, however, there are also feed fluctuations, as a result of which the reactive power in the transmission network is increased even further. This means that the need for reactive power compensation will also increase dramatically in the future. Up to now, conventional power plants connected to the transmission network have mostly provided reactive power to compensate for that from the consumer equipment 12th generated reactive power both for the network level to which they are connected and for the downstream network levels, such as the aforementioned energy transmission network 10 , ready. However, since the total output of the electrical energy generated by conventional power plants will gradually decrease in the course of the transformation of the energy system (i.e. from conventional power plants to renewable energy sources), alternative technologies will increasingly have to provide reactive power compensation and thus a stable power supply in the future. In addition, as a result of the growing share of renewable energy sources, the need for compensating reactive power is also increasing. Reasons for this are, for example, voltage deviations that arise from the increasing power transits in the transmission network. In addition, there are also changing load flows due to the fluctuating feed-in of renewable energy sources. International electricity trading and the increasing number of cabling in the distribution network, for example in a household customer network, also have an impact on the stability of the voltage. However, if a reactive power compensation system, which generates the compensating reactive power and takes it up again, is installed close to the consumer, the transmission network, i.e. the AC voltage source 16 , relieved and therefore dimensioned smaller. In power networks relieved in this way, the total power then preferably corresponds to the actual active power or useful power for supplying the respective energy supply network 10 . This means that more capacity is available for transporting electricity.

Eine solche verbrauchernahe Blindleistungskompensationseinrichtung 13 ist beispielsweise in 1 als Teil des Energieversorgungsnetzes 10 dargestellt. Für die Blindleistungskompensation umfasst die Blindleistungskompensationseinrichtung 13 dabei eine Sensoreinheit 14, ein parallel zu der Verbrauchereinrichtung 12 angeschlossenes Batteriemodul 15 und ein Steuergerät 16. Die Sensoreinheit 14 ist ausgebildet, die mittels der Wechselspannungsquelle 17 bereitgestellte Wechselspannung UQ und den bewirkten Verbraucherstrom iV der Verbrauchereinrichtung 12 zu erfassen und an das Steuergerät zum Ermitteln einer aus der Phasenverschiebung resultierenden Phasendifferenz zu übertragen. Dazu kann die Sensoreinheit 14 beispielsweise ein entsprechendes Spannungssensorelement und ein entsprechendes Stromsensorelement aufweisen.Such a consumer-oriented reactive power compensation device 13th is for example in 1 as part of the energy supply network 10 shown. For reactive power compensation, the reactive power compensation device includes 13th thereby a sensor unit 14th , one in parallel with the consumer device 12th connected battery module 15th and a control unit 16 . The sensor unit 14th is formed by means of the AC voltage source 17th provided alternating voltage UQ and the caused consumer current in conjunction with the consumer device 12th to detect and to transmit to the control unit to determine a phase difference resulting from the phase shift. The sensor unit 14th for example have a corresponding voltage sensor element and a corresponding current sensor element.

Das Steuergerät 16 ist ausgebildet, die Phasendifferenz zwischen der Phase von der bereitgestellten Wechselspannung UQ und der Phase des Verbraucherstroms iV zu ermitteln und daraufhin das Batteriemodul 15 zum Einstellen eines gewünschten Batteriestroms iB anzusteuern. Dabei steuert das Steuergerät 16 das Batteriemodul 15 derart an, dass das Batteriemodul 15 die Versorgungsleitung 11 mit dem als elektrischem Wechselstrom ausgebildeten Batteriestrom iB beaufschlagt, dass eine Summe des Batteriestroms iB und des Verbraucherstroms iV einen Summenwechselstrom iS bewirkt, dessen Phasendifferenz zu der bereitgestellten Wechselspannung UQ im Vergleich zu der ermittelten Phasendifferenz zwischen dem Verbraucherstrom iV und der bereitgestellten Wechselspannung UQ zumindest im Betrag reduziert ist. Die Wechselspannungsquelle 17 wird somit nicht mehr mit dem Verbraucherstrom iV beaufschlagt, sondern mit dem Summenwechselstrom iS, der im Wesentlichen in Phase zu der Wechselspannung UQ schwingt.The control unit 16 is designed to determine the phase difference between the phase of the provided alternating voltage UQ and the phase of the consumer current iV and then the battery module 15th to control a desired battery current iB. The control unit controls this 16 the battery module 15th in such a way that the battery module 15th the supply line 11th charged with the battery current iB designed as an electrical alternating current, so that a sum of the battery current iB and the consumer current iV causes a sum alternating current iS whose phase difference to the provided alternating voltage UQ compared to the determined phase difference between the consumer current iV and the provided alternating voltage UQ at least in amount is reduced. The AC voltage source 17th is therefore no longer charged with the consumer current iV, but with the total alternating current iS, which oscillates essentially in phase with the alternating voltage UQ.

Somit braucht die Blindleistung bei der elektrischen Energieübertragung nicht mehr durch die Wechselspannungsquelle 17 bereitgestellt werden. Stattdessen wird die kompensierende Blindleistung von der Blindleistungskompensationseinrichtung 13 des Energieversorgungsnetzes 10 bereitgestellt, sodass die Blindleistung nur noch zwischen der Verbrauchereinrichtung 12 und der Blindleistungskompensationseinrichtung 13 hin- und herpendelt.This means that the reactive power is no longer required for the electrical energy transmission through the AC voltage source 17th to be provided. Instead, the compensating reactive power is provided by the reactive power compensation device 13th of the energy supply network 10 provided so that the reactive power only between the consumer device 12th and the reactive power compensation device 13th shuttles back and forth.

Das Batteriemodul 15 ist vorliegend als recycelte oder vormalige Hochvolttraktionsbatterie oder Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs ausgebildet, welche die innovative Smart Cell-Technologie nutzt, um den Batteriestrom iB als Wechselstrom bereitzustellen. Durch den Einsatz einer Traktionsbatterie im Second Life für das Batteriemodul ergibt sich der Vorteil, dass die Blindleistungskompensationseinrichtung 13 besonders einfach und günstig für Haushaltskunden, also den Nutzer, bereitgestellt werden kann. In einer solchen Antriebsbatterie ist nämlich die Schaltungstopologie zur Steuerung und Kommunikation bereits hinreichend integriert und bekannt. Somit weist eine solche Antriebsbatterie nämlich in der Regel beispielsweise ein WLAN-Modul auf, welches zur Kommunikation direkt integriert ist. Bei einer solchen Antriebsbatterie ergibt sich nämlich der Vorteil, dass Steuerungskonzepte und Kommunikationskonzepte zum Betreiben der Antriebsbatterie für das Bereitstellen des Batteriestroms iB bereits hinreichend getestet und bekannt sind. Durch das Nutzen der Smart Cell-Technologie ergibt sich zudem der Vorteil, dass keine zusätzlichen Wechselrichter nötig sind, um mittels des Batteriemoduls 15 den Wechselstrom zu erzeugen. Stattdessen umfasst das Batteriemodul 15 zum Bereitstellen des Batteriestroms iB als Wechselstrom einen Batteriestrang 151 mit einer vorgegebenen Anzahl an elektrisch in Reihe angeschlossenen schaltbaren Batteriezellen 20. Dabei ist das Steuergerät 16 zudem ausgebildet, die Batteriezellen 20 in Abhängigkeit von dem bereitzustellenden Wechselstrom, also beispielsweise einer gewünschten Stromstärke und Phase, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren zu betreiben.The battery module 15th is presently designed as a recycled or former high-voltage traction battery or drive battery of an electric vehicle, which uses the innovative smart cell technology to provide the battery current iB as alternating current. Using a traction battery in Second Life for the battery module has the advantage that the reactive power compensation device 13th can be provided particularly easily and cheaply for household customers, i.e. the user. The circuit topology for control and communication is already sufficiently integrated and known in such a drive battery. Such a drive battery thus generally has, for example, a WLAN module that is directly integrated for communication. Such a drive battery has the advantage that control concepts and communication concepts for operating the drive battery for providing the battery current iB are already adequately tested and known. Using smart cell technology also has the advantage that no additional inverters are required to use the battery module 15th to generate the alternating current. Instead it includes the battery module 15th a battery string to provide the battery current iB as alternating current 151 with a predetermined number of switchable battery cells electrically connected in series 20th . Here is the control unit 16 also formed the battery cells 20th to operate depending on the alternating current to be provided, for example a desired current strength and phase, for activation and / or deactivation.

2 zeigt dazu ein schematisches Schaltbild des Batteriemoduls 15 mit einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der schaltbaren Batteriezellen 20. Die jeweilige Batteriezelle 20 des Batteriemoduls 15 umfasst vorliegend zwei Zellanschlüsse 24, 25, eine galvanische Zelle 21 und eine Reihenschaltung aus zwei Halbleiterschaltern. Die galvanische Zelle 21 ist vorliegend als elektrochemische Zelle ausgebildet und weist zwei Elektroden auf, die einen ersten Potentialanschluss und einen zweiten Potentialanschluss ausbilden. Vorliegend ist die galvanische Zelle 21 beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Alternativ kann die galvanische Zelle jedoch auch als Bleisäurezelle oder dergleichen ausgebildet sein. Mit einem ersten Potentialanschluss ist die galvanische Zelle 21 dabei mit einem ersten Ende der Reihenschaltung der beiden Halbleiterschalter 22, 23 elektrisch gekoppelt. Mit ihrem zweiten Potentialanschluss ist die galvanische Zelle 21 hingegen mit einem zweiten Ende der Reihenschaltung der Halbleiterschalter 22, 23 elektrisch gekoppelt. Der erste Zellanschluss 24 der Batteriezelle 20 ist dabei unmittelbar mit dem ersten Potentialanschluss der galvanischen Zelle 21 elektrisch gekoppelt. Ein Mittelabgriff der Reihenschaltung der beiden Halbleiterschalter 22, 23 bildet hingegen den zweiten Zellenanschluss 25 der jeweiligen Batteriezelle 20 aus. Das erstes und zweite Halbleiterschalterelement 22, 23 sind vorliegend durch einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor nach Art eines MOSFET, ausgebildet. Alternativ ist natürlich auch eine alternative Ausgestaltung der Halbleiterschalter 22, 23, beispielsweise als ein IGBT oder dergleichen, denkbar. 2 shows a schematic circuit diagram of the battery module 15th with an advantageous embodiment of the switchable battery cells 20th . The respective battery cell 20th of the battery module 15th in the present case comprises two cell connections 24 , 25th , a galvanic cell 21 and a series circuit of two semiconductor switches. The galvanic cell 21 is in the present case designed as an electrochemical cell and has two electrodes which form a first potential connection and a second potential connection. Here is the galvanic cell 21 for example designed as a lithium-ion cell. Alternatively, however, the galvanic cell can also be designed as a lead-acid cell or the like. The galvanic cell is connected to a first potential connection 21 with a first end of the series connection of the two semiconductor switches 22nd , 23 electrically coupled. With its second potential connection is the galvanic cell 21 however, with a second end of the series connection of the semiconductor switch 22nd , 23 electrically coupled. The first cell connection 24 the battery cell 20th is directly connected to the first potential connection of the galvanic cell 21 electrically coupled. A center tap of the series connection of the two semiconductor switches 22nd , 23 however, forms the second cell connection 25th of the respective battery cell 20th out. The first and second semiconductor switch elements 22nd , 23 are presently formed by a transistor, in particular a field effect transistor in the manner of a MOSFET. Alternatively, of course, there is also an alternative embodiment of the semiconductor switch 22nd , 23 , for example as an IGBT or the like, conceivable.

Zum Bilden des Batteriestrangs 151 sind nun mehrere solcher Batteriezellen 20, vorliegend insbesondere sechs solcher Batteriezellen 20, elektrisch in Reihe geschaltet. Natürlich können zum Bilden des Batteriemoduls 15 in dem Batteriestrang in Abhängigkeit von der gewünschten Stromstärke des Batteriestroms iB mehr oder weniger solcher Batteriezellen 20 aneinander angeschlossen werden. Zum Bilden des Batteriestrangs 151 ist dabei jeweils der erste Zellenanschluss 24 einer der Batteriezellen 20 mit dem zweiten Zellenanschluss 25 der benachbarten Batteriezelle 20 elektrisch gekoppelt. Die jeweilige Batteriezelle 20 dienst somit als modulares Element zum Bilden oder Aufbauen des Batteriemoduls 15.To form the battery string 151 there are now several such battery cells 20th , in the present case in particular six such battery cells 20th , electrically connected in series. Of course you can to form the battery module 15th in the battery string depending on the desired amperage of the battery current iB more or less such battery cells 20th be connected to each other. To form the battery string 151 is the first cell connection 24 one of the battery cells 20th with the second cell connector 25th the neighboring battery cell 20th electrically coupled. The respective battery cell 20th thus serve as a modular element for forming or assembling the battery module 15th .

In der vorliegenden Ausgestaltung umfasst das Batteriemodul 15, wie aus 2 ersichtlich, drei Batterieanschlusspole 26, 27 und 28. Dabei ist der Batteriestrang 151 mit einem ersten Ende an einem ersten der Batterieanschlusspole 26 und mit einem zweiten Ende an einem zweiten der Batterieanschlusspole 27 angeschlossen. Zudem weist der Batteriestrang 151 noch einen Mittelabgriff auf, durch welchen der dritte der Batterieanschlusspole 28 gebildet ist. Dadurch ist der Batteriestrang 151 in zwei Batterieteilstränge 152, 153 untergliedert. Die Batteriezellen 20 sind vorliegend jeweils Hälftig einem der beiden Batterieteilstränge 152, 153 zugeordnet.In the present embodiment, the battery module comprises 15th how out 2 visible, three battery connection poles 26th , 27 and 28 . Where is the battery string 151 with a first end at a first one of the battery connection terminals 26th and with a second end at a second one of the battery connection terminals 27 connected. In addition, the battery string shows 151 another center tap through which the third of the battery connection poles 28 is formed. This is the battery string 151 in two battery strings 152 , 153 subdivided. The battery cells 20th are in the present case each half of one of the two battery sub-strings 152 , 153 assigned.

Durch diese Schaltungsstruktur ist es möglich, mittels des Batteriemoduls 15 eine elektrische Spannung mit beliebiger Kurvenform bereitzustellen, durch welche wiederum der Batteriestrom iB mit der gewünschten Kurvenform bewirkt wird. Eine unterschiedliche Polarität der elektrischen Spannung und somit auch des Batteriestroms iB wird dadurch durch die Unterteilung des Batteriestrangs 151 in die beiden Teilstränge 152, 153 ermöglicht. Somit kann beispielsweise mittels des ersten Teilstrangs 152 ein positiver Anteil eines sinusförmigen Wechselstroms iB eingestellt werden, während mittels des zweiten Teilstrangs 153 der negative Anteil der Sinuswelle bereitgestellt wird. In der vorliegenden Ausgestaltung ist somit ein unipolarer Betrieb des Batteriemoduls 15 vorgesehen.This circuit structure makes it possible to use the battery module 15th to provide an electrical voltage with any curve shape, which in turn causes the battery current iB with the desired curve shape. A different polarity of the electrical voltage and thus also of the battery current iB is created by the subdivision of the battery string 151 in the two sub-strands 152 , 153 enables. Thus, for example, by means of the first partial strand 152 a positive component of a sinusoidal alternating current iB can be set, while by means of the second partial string 153 the negative portion of the sine wave is provided. In the present embodiment, there is thus unipolar operation of the battery module 15th intended.

Zum Bereitstellen des Batteriestroms iB an die Versorgungsleitung 11 sind dabei der erste Batterieanschlusspol 26 und der zweite Batterieanschlusspol 27 in einer elektrischen Parallelschaltung an einen Nullleiter oder Neutralleiter, welcher ein Bezugspotential bereitstellt, an die Versorgungsleitung 11 angeschlossen. Der durch den Mittelabgriff gebildete dritte Batterieanschlusspol 28 ist hingegen an einen Phasenleiter L1 der Versorgungsleitung 11 angeschlossen. Dem Grunde nach kann in analoger Weise somit ein Batteriemodul 15 auch für ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz realisiert sein. Dazu ist jeder der Phasen ein separater Batteriestrang 151, wie er beispielhaft in 2 gezeigt ist, zugeordnet.To provide the battery current iB to the supply line 11th are the first battery connection pole 26th and the second battery terminal 27 in an electrical parallel connection to a neutral conductor, which provides a reference potential, to the supply line 11th connected. The third battery connection pole formed by the center tap 28 is on the other hand to a phase conductor L1 the supply line 11th connected. Basically, a battery module can 15th can also be implemented for a multi-phase power supply network. For this purpose, each of the phases is a separate battery string 151 as exemplified in 2 is shown assigned.

Um mittels des Batteriemoduls 15 nun den gewünschten Batteriestrom iB einzustellen, ist das Steuergerät 16 zusätzlich ausgebildet, zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der Batteriezellen 20 die Halbleiterschalter 22, 23 in einem Schaltbetrieb und insbesondere in einem Taktbetrieb zu betreiben. Das heißt, die Halbleiterschalter 22, 23 werden gemäß dem gewünschten einzustellenden Batteriestrom iB gemäß einem vorbestimmten Taktmuster oder Schaltmuster in unterschiedliche Schaltzustände versetzt. Der jeweilige erste Halbleiterschalter 22 wird dabei als Aktivierungsschalter zum Zuschalten oder Aktivieren der jeweiligen Batteriezelle 20 zu dem Batteriestrang 151 eingesetzt. Der jeweilige zweite Halbleiterschalter 23 wird hingegen als Überbrückungsschalter zum Überbrücken der jeweiligen Batteriezelle 20 eingesetzt.To by means of the battery module 15th The control unit is now to set the desired battery current iB 16 additionally designed to activate and / or deactivate the battery cells 20th the semiconductor switches 22nd , 23 to operate in a switching mode and in particular in a cycle mode. That is, the semiconductor switches 22nd , 23 are set according to the desired battery current iB to be set in accordance with a predetermined clock pattern or switching pattern in different switching states. The respective first semiconductor switch 22nd is used as an activation switch for connecting or activating the respective battery cell 20th to the battery string 151 used. The respective second semiconductor switch 23 on the other hand is used as a bypass switch to bypass the respective battery cell 20th used.

Je nach Taktmuster oder Schaltmuster, in dem die Halbleiterschalter 22, 23 dabei betrieben werden, können somit beispielsweise verschiedene oder unterschiedliche Betriebsmodi des Batteriemoduls 15 realisiert werden. Zum Beispiel kann als erster Betriebsmodus ein Mehrpegelbetrieb des Batteriemoduls eingestellt werden. Dabei werden die Halbleiterschalter 22, 23 mittels des Steuergeräts 16 derart geschaltet, dass mittels des Batteriemoduls 15 die Funktion eines Mehrpegelenergiewandlers nachgebildet wird. Das heißt, es ist eine stufenförmiger oder kaskadenförmiger Anstieg oder Abfall der Batteriespannung, die zwischen den Batterieanschlusspolen 26, 27, 28 angreifbar ist vorgesehen, wodurch sich auch der gewünschte Batteriestrom iB entsprechend stufenförmig einstellt. Es sind also mehrere, insbesondere zwei oder mehr, unterschiedliche Pegelstufen der Batteriespannung beziehungsweise des Batteriestroms iB vorgesehen. In einem zweiten davon verschiedenen Betriebsmodus kann hingegen auch ein Pulsweitenmodulationsbetrieb des Batteriemoduls 15 realisiert sein. Dabei wird die an den Batterieanschlusspolen 26, 27, 28 abgreifbare Batteriespannung durch Takten der Halbleiterschalter 22, 23 der Batteriezellen 20 nur zwischen zwei Pegeln oder Pegelstufen hin- und hergeschaltet. In Abhängigkeit von einem Tastverhältnis ergibt sich dann die gewünschte, zum Beispiel sinusförmige Kurvenform des Batteriestroms iB.Depending on the clock pattern or switching pattern in which the semiconductor switch 22nd , 23 be operated in the process, different or different operating modes of the battery module can thus for example 15th will be realized. For example, multi-level operation of the battery module can be set as the first operating mode. The semiconductor switches 22nd , 23 by means of the control unit 16 switched such that by means of the battery module 15th the function of a multi-level energy converter is simulated. That is, there is a step-like or cascade-like increase or decrease in the battery voltage between the battery terminals 26th , 27 , 28 attackable is provided, whereby the desired battery current iB adjusts accordingly in steps. Several, in particular two or more, different level stages of the battery voltage or of the battery current iB are therefore provided. In a second operating mode different therefrom, however, pulse width modulation operation of the battery module can also be used 15th be realized. This is done on the battery connection poles 26th , 27 , 28 Battery voltage that can be tapped by pulsing the semiconductor switch 22nd , 23 of the battery cells 20th only switched back and forth between two levels or levels. The desired, for example sinusoidal, curve shape of the battery current iB then results as a function of a pulse duty factor.

Wie in 2 gezeigt, ist jedem der Teilstränge 152, 153 zusätzlich noch eine elektrische Induktivität als Stromspeicherelement 29 zugeordnet. Das jeweilige Stromspeicherelement 29 ist dabei in die Reihenschaltung der Batteriezellen 20 integriert und direkt an den Mittelabgriff angeschlossen. Dadurch wird insbesondere der Batteriestrom iB der mittels der Batteriemodule an die Wechselspannungsquelle 16 bereitgestellt wird, begrenzt. Somit wird vermieden, dass bereits bei geringen Abweichungen zwischen der bereitgestellten Wechselspannung UQ und der Batteriespannung ein hoher oder großer Batteriestrom iB eingestellt wird. Zudem ist das jeweilige Stromspeicherelement 29 ausgebildet, den Batteriestrom iB zu glätten.As in 2 shown is each of the sub-strands 152 , 153 in addition, an electrical inductance as a power storage element 29 assigned. The respective electricity storage element 29 is in the series connection of the battery cells 20th integrated and connected directly to the center tap. As a result, in particular the battery current iB is supplied to the AC voltage source by means of the battery modules 16 provided is limited. This prevents a high or high battery current iB from being set even with small deviations between the provided alternating voltage UQ and the battery voltage. In addition, the respective power storage element is 29 designed to smooth the battery current iB.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, dass das Batteriemodul 15 für die Blindleistungskompensation modular durch die Batteriezellen 20 ausgebildet werden kann. Dadurch kann das Batteriemodul 15 auf einfache Weise an spezifische Anwendungen angepasst werden. Zum Beispiel kann die Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen 20 an die gewünschte Stromstärke des Batteriemoduls 15 angepasst werden. Gleichzeitig wird es dadurch auch ermöglicht, in hochflexibler Weise sehr unterschiedliche Spannungen und somit auch unterschiedliche Kurvenformen des Batteriestroms iB durch das Batteriemodul 15 bereitstellen zu können. Die durch das Batteriemodul 15 bereitgestellten Spannungen können dabei, wie in Bezug auf die mehrphasige Ausgestaltung des Energieversorgungsnetzes 10 beschriebenen Ausgestaltung des Batteriemoduls 15, unabhängig voneinander sein. Je nach Bedarf kann somit eine Vielzahl von unterschiedlichen Spannungen und damit unterschiedlichen Batterieströmen iB bereitgestellt werden.From the above it follows that the battery module 15th for reactive power compensation modular through the battery cells 20th can be trained. This allows the battery module 15th in a simple way to specific Applications can be customized. For example, the number of battery cells connected in series 20th to the desired amperage of the battery module 15th be adjusted. At the same time, this also makes it possible, in a highly flexible manner, to have very different voltages and thus also different curve shapes of the battery current iB through the battery module 15th to be able to provide. The by the battery module 15th The voltages provided can be used, as in relation to the multi-phase design of the energy supply network 10 described configuration of the battery module 15th to be independent of each other. Depending on requirements, a large number of different voltages and thus different battery currents iB can thus be provided.

Um zum Bereitstellen des gewünschten Batteriestroms iB das Aufteilen des Batteriemoduls 15 in zwei Batterieteilstränge 152, 153 zu vermeiden, zeigt 3 eine alternative schematische Schaltbilddarstellung einer schaltbaren Batteriezelle 30. Die Batteriezelle 30 dient dabei wiederrum als modulares Element zum Aufbauen des Batteriemoduls 15. Die Batteriezelle 30 anstelle von zwei Zellenanschlüsse vier Zellenanschlüsse 31, 32, 33, 34, die galvanische Zelle 21 und die zwei Halbleiterschalter 22, 23. Der erste Zellenanschluss 31 ist dabei unmittelbar mit dem ersten Potentialanschluss der galvanischen Zelle elektrisch gekoppelt. Der zweite Zellenanschluss 32 ist hingegen über den ersten Halbleiterschalter 22 mit dem zweiten Potentialanschluss der galvanischen Zelle 21 elektrisch gekoppelt. Der dritte Zellenanschluss 33 ist unmittelbar mit dem zweiten Potentialanschluss der galvanischen Zelle 21 elektrisch gekoppelt. Schließlich ist der vierte Zellenanschluss 34 über den zweiten Halbleiterschalter mit dem ersten Potentialanschluss der galvanischen Zelle 21 elektrisch gekoppelt.In order to provide the desired battery power iB dividing the battery module 15th in two battery strings 152 , 153 to avoid showing 3 an alternative schematic circuit diagram representation of a switchable battery cell 30th . The battery cell 30th in turn serves as a modular element for assembling the battery module 15th . The battery cell 30th instead of two cell connections, four cell connections 31 , 32 , 33 , 34 who have favourited Galvanic Cell 21 and the two semiconductor switches 22nd , 23 . The first cell connector 31 is electrically coupled directly to the first potential connection of the galvanic cell. The second cell connector 32 however, is via the first semiconductor switch 22nd with the second potential connection of the galvanic cell 21 electrically coupled. The third cell connector 33 is directly with the second potential connection of the galvanic cell 21 electrically coupled. Finally, there is the fourth cell connector 34 via the second semiconductor switch to the first potential connection of the galvanic cell 21 electrically coupled.

Zum Bilden eines Batteriestrangs ist dabei der erste Zellenanschluss 31 einer Batteriezelle 30 mit einem zweiten Zellenanschluss 32 einer benachbarten Batteriezelle 30 elektrisch gekoppelt. Zudem ist der jeweilige dritte Zellenanschluss 33 der Batteriezelle 30 mit dem vierten Zellenanschluss 34 der benachbarten Batteriezelle 30 elektrisch gekoppelt. Der erste Halbleiterschalter 22 stellt dabei in Bezug mit dem ersten und dem zweiten Zellenanschluss 31 und 32 die Funktionalität des Aktivierens und Deaktivierens der Batteriezelle 30 bereit. Der erste Halbleiterschalter 22 wird somit weiterhin als Aktivierungsschalter, wie es bereits im Zusammenhang mit 2 erklärt wurde, eingesetzt werden. Mit dem zweiten Halbleiterschalter 23 in Verbindung mit dem dritten und vierten Zellenanschluss 33, 34 durch die Batteriezelle 30 kann zusätzlich in Zusammenwirkung mit den weiteren Batteriezellen 30 des Batteriestrangs 15 eine Umpolung der jeweiligen Batteriezelle 30 ermöglicht werden.The first cell connection is used to form a battery string 31 a battery cell 30th with a second cell connector 32 an adjacent battery cell 30th electrically coupled. In addition, the respective third cell connection is 33 the battery cell 30th with the fourth cell connection 34 the neighboring battery cell 30th electrically coupled. The first semiconductor switch 22nd represents in relation to the first and the second cell connection 31 and 32 the functionality of activating and deactivating the battery cell 30th ready. The first semiconductor switch 22nd will thus continue to be used as an activation switch, as already related to 2 has been declared. With the second semiconductor switch 23 in connection with the third and fourth cell connection 33 , 34 through the battery cell 30th can also work in conjunction with the other battery cells 30th of the battery string 15th polarity reversal of the respective battery cell 30th be made possible.

Ein entsprechend ausgestaltetes Batteriemodul umfasst dann anstatt von drei Batterieanschlusspolen (siehe 2) nur zwei Batterieanschlusspole. Zum Bilden der beiden Batterieanschlusspole sind dabei der erste und der dritte Zellenanschluss 31, 33 der letzten Batteriezelle 30 in der Reihenschaltung sowie der zweite und der vierte Zellenanschluss 32, 34 der ersten Batteriezelle 30 in der Reihenschaltung zusammengestoßen.A correspondingly configured battery module then comprises instead of three battery connection poles (see 2 ) only two battery connection poles. The first and third cell connections are used to form the two battery connection poles 31 , 33 the last battery cell 30th in the series connection as well as the second and fourth cell connection 32 , 34 the first battery cell 30th collided in the series connection.

Durch diese spezielle Schaltungsstruktur der Batteriezelle 30 ist es im Gegensatz zu der Ausgestaltung der Batteriezelle 20 gemäß 2 möglich, die elektrische Spannung mit unterschiedlicher Polarität mit nur zwei Batterieanschlusspolen des Batteriemoduls 15, also ohne die Bildung der Teilstränge 152, 153, zu realisieren. Das heißt, je nach Ansteuerung der einzelnen Halbleiterschalter 22, 23, lässt sich sowohl ein positiver als auch ein negativer Batteriestrom iB erzeugen. Es ist also ein bipolarer Betrieb des Batteriemoduls möglich.Through this special circuit structure of the battery cell 30th it is in contrast to the design of the battery cell 20th according to 2 possible, the electrical voltage with different polarity with only two battery connection poles of the battery module 15th , i.e. without the formation of the partial strands 152 , 153 , to realize. That means, depending on the control of the individual semiconductor switches 22nd , 23 , both a positive and a negative battery current iB can be generated. A bipolar operation of the battery module is therefore possible.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie mithilfe einer recycelten Hochvolttraktionsbatterie für ein elektrisches Fahrzeug Blindleistung in einem Haushaltskundennetz kompensiert werden kann. Hierbei kommt eine sogenannte Smart Cell Hochvolttraktionsbatterie im Second Life als Energiespeichersystem, also als das vorgenannte Batteriemodul 15, zum Einsatz. Durch Nutzen der innovativen Smart Cell-Technologie für das Batteriemodul 15 ist es möglich, durch entsprechendes Betreiben der Halbleiterschalter 22, 23 im Schalt- oder Taktbetrieb sinusförmige Spannung und dementsprechend auch einen sinusförmigen Strom, also den Batteriestrom iB, zum Kompensieren der Blindleistung in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Dadurch kann die Blindleistung, die von der Verbrauchereinrichtung 12 erzeugt wird, entweder kompensiert werden und/oder mittels des Energieversorgungsnetzes 10 eine vorgebbare Blindleistung eingestellt werden. Die einzustellende Blindleistung kann dabei beispielsweise von einem Netzbetreiber vorgegeben sein. Durch die Nutzung einer Smart Cell-Technologie ergibt sich zudem der Vorteil, dass das gesamte Batteriemodul 15 immer sicher abschaltbar ist. Eine zusätzliche Trennung über Schütze oder Schützkontakte ist in der Nutzung als Heimspeicher somit nicht mehr notwendig. Für die Kommunikation, also beispielsweise zum Einstellen oder Festlegen des gewünschten Batteriestroms iB oder zum Abschalten des Batteriemoduls 15, ist in eine Hochvolttraktionsbatterie bereits ein WLAN-Modul integriert, das somit auch auf einfache Weise zur Kommunikation mit dem Batteriemodul 15 eingesetzt werden kann.Overall, the examples show how reactive power in a household customer network can be compensated for with the help of a recycled high-voltage traction battery for an electric vehicle. A so-called Smart Cell high-voltage traction battery is used in Second Life as an energy storage system, i.e. as the aforementioned battery module 15th , for use. By using the innovative Smart Cell technology for the battery module 15th it is possible by operating the semiconductor switch accordingly 22nd , 23 in switching or cyclic operation, feed sinusoidal voltage and accordingly also a sinusoidal current, i.e. the battery current iB, into the power supply network to compensate for the reactive power. This can reduce the reactive power from the consumer device 12th is generated, either compensated and / or by means of the power supply network 10 a predeterminable reactive power can be set. The reactive power to be set can be specified by a network operator, for example. The use of smart cell technology also has the advantage that the entire battery module 15th can always be safely switched off. Additional separation via contactors or contactor contacts is no longer necessary when using it as a home storage system. For communication, for example for setting or defining the desired battery current iB or for switching off the battery module 15th , a WLAN module is already integrated in a high-voltage traction battery, which makes it easy to communicate with the battery module 15th can be used.

In den vorgenannten Ausführungsbeispielen geht also insbesondere um eine Blindleistungskompensationsfunktion von Second Life Smart Cell Energiespeichern in Energieversorgungsnetzen.In the aforementioned exemplary embodiments, a reactive power compensation function of second life smart cell energy stores in energy supply networks is therefore particularly important.

Claims

Energy supply network (10) for a household and / or an industrial plant for reactive power compensation, comprising a supply line (11) for providing an electrical AC voltage (UQ) from an AC voltage source (16), an electrical consumer device (12) which is designed to be supplied with of the provided alternating voltage (UQ) to effect a first electrical alternating current (iV) phase-shifted to the alternating voltage (UQ), and a reactive power compensation device (13) which is designed to produce a first phase difference resulting from the phase shift between the provided alternating voltage (UQ) and the first alternating current (IV) of the consumer device (12), characterized in that the reactive power compensation device (13) comprises a battery module (15) connected in parallel to the consumer device (12), and the battery module (15) is designed for image power compensation n to apply a second electrical alternating current (iB) to the supply line (11) as a function of the determined first phase difference in such a way that a sum of the first and second alternating currents (iV, iB) is a sum alternating current (iS) with a second phase difference on the provided alternating voltage (UQ), the second phase difference being reduced compared to the first phase difference.

Energy supply network (10) according to one of the preceding claims, wherein the battery module (15) for providing the alternating current (iB) has a control device (16) and at least one battery string (151) with a predetermined number of switchable battery cells (20) electrically connected in series. comprises, wherein the control device (16) is designed to operate the battery cells (20) as a function of the alternating current (iB) to be provided for activation and / or deactivation.

Energy supply network (10) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply network (10) for limiting the provided alternating current (iB) of the battery module (15) comprises at least one power storage element (29) which is electrically coupled to the battery module (15).

Energy supply network (10) according to one of the Claims 2 or 3 , wherein the battery module (15) comprises at least two battery connection poles (26, 27, 28), wherein the at least one battery string (151) with a first end to a first of the at least two battery connection poles (26, 27, 28) and with a second end is connected to a second of the at least two battery connection poles (26, 27, 28), and the respective battery cell (30) has four cell connections (31, 32, 33, 34), a galvanic cell (21) and two semiconductor switches (22, 23) comprises, a first of the cell connections (31) directly to a first potential connection of the galvanic cell (21), a second of the cell connections (32) via a first of the semiconductor switches (22) to a second potential connection of the galvanic cell, a third of the cell connections ( 33) is directly coupled to the second potential connection and a fourth of the cell connections (34) is electrically coupled to the first potential connection via a second of the semiconductor switches (23), w obei to form the battery string (151) in each case the first cell connection (31) of a respective first of the battery cells (30) with the second cell connection (32) of a respective second of the battery cells (30) and in each case the third cell connection (33) of the respective first of the Battery cells (30) is electrically coupled to the fourth cell connection (34) of the respective second one of the battery cells (30), and the control device (16) is designed to operate the semiconductor switches (22, 23) in a switching mode as a function of the alternating current (iB) to be provided.

Energy supply network (10) according to one of the Claims 2 or 3 , wherein the battery module (15) comprises at least three battery connection poles (26, 27, 28), wherein the at least one battery string (151) with a first end to a first of the at least three battery connection poles (26, 27, 28) and with a second end is connected to a second of the at least three battery connection poles (26, 27, 28) and with a center tap to a third of the at least three battery connection poles (26, 27, 28), and the respective battery cell (20) has two cell connections (24, 25), comprises a galvanic cell (21) and a series connection of two semiconductor switches (22, 23), a first potential connection of the galvanic cell (21) with a first end of the series connection and a second potential connection of the galvanic cell (21) with a second end of the Series circuit is electrically coupled, a first of the cell connections (24) directly to the first potential connection of the galvanic cell (21) and a second of the cells to Connections (25) is electrically coupled to a center tap of the series circuit, and to form the battery string (151) in each case the first cell connection (24) of a respective first one of the battery cells (20) with the second cell connection (25) of a respective second one of the battery cells (20) ) is electrically coupled, and the control device (16) is designed to operate the semiconductor switches (22, 23) as a function of the alternating current (iB) to be provided in a switching mode.

Energy supply network (10) according to one of the Claims 4 or 5 , wherein the control device (16) is designed to operate the battery module (15) by operating the semiconductor switches (22, 23) in a respectively predetermined cycle mode in a multi-level mode and / or a pulse width modulation mode.

Energy supply network (10) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply network (10) for charging the battery module (15) comprises a photovoltaic system which can be electrically coupled to the battery module (15).

Reactive power compensation device (13) for reactive power compensation for an energy supply network (10) for the electrical energy supply of a household and / or an industrial plant, characterized in that the reactive power compensation device (13) has a battery module (15) for providing an electrical alternating current (iB), a control device (16 ) and at least one battery string (151) with a predetermined number of switchable battery cells (20) connected electrically in series, the control device (16) being designed to activate the battery cells (20) depending on the alternating current (iB) to be provided and / or deactivate.

Method for reactive power compensation in an energy supply network (10) for the electrical energy supply of a household and / or an industrial plant, wherein an electrical consumer device (12) of the energy supply network (10) with an alternating voltage (UQ) provided by an alternating voltage source (17) of the energy supply network (10) is applied, and the consumer device (12) causes a first electrical alternating current (iV) phase-shifted to the alternating voltage (UQ), and a first phase difference resulting from the phase shift between the provided alternating voltage (UQ) and the first alternating current by means of a reactive power compensation device (13) (iV) is determined, characterized in that by means of a battery module (15) of the reactive power compensation device (13) connected in parallel to the consumer device (12), the alternating voltage is determined as a function of the determined first phase difference A second alternating current (iB) is applied to the gsource (17) in such a way that a sum of the first and second alternating currents (iV, iB) causes a sum alternating current (iS) with a second phase difference in relation to the provided alternating voltage (UQ), wherein the second phase difference is reduced compared to the first phase difference.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that a drive battery of a motor vehicle is at least partially used for the battery module (15), at least one operating parameter of the drive battery being evaluated according to a predetermined selection criterion for selecting the drive battery.

Procedure according to Claim 10 According to the selection criterion, it is checked whether at least one respective operating value of one of the respective operating parameters leaves a predetermined standard value range for use in the motor vehicle and / or at least one respective operating value of the at least one operating parameter within a respective predetermined further standard value range for use in the energy supply network (10) lies.

Procedure according to Claim 11 , wherein the at least one operating parameter is a percentage of functionally restricted and / or inoperable battery cells of the drive battery and / or a maximum battery voltage and / or a stability of the battery voltage and / or a battery capacity and / or a predetermined service life and / or a charging time and / or a maximum temperature and / or a vibration resistance and / or a shock resistance is evaluated.