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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Batteriespeichervorrichtung, Batteriespeicheranordnungen mit einer Mehrzahl von ausgangsseitig parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen und ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeichervorrichtung.
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Technischer Hintergrund
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Batteriespeichervorrichtungen sind beispielsweise aus
DE 10 2013 214 726 A1 ,
US 2018/0 248 354 A1 oder
DE 10 2014 102 352 A1 bekannt und finden weite Verwendung zur Pufferung von Versorgungsnetzen, um eine Versorgung von kritischen Verbrauchern oder eine Stabilisierung des Versorgungsnetzes sicherzustellen. Hierbei können bidirektionale Umrichter zum Einsatz kommen, um entweder elektrische Leistung aus der Batteriespeichervorrichtung in das Versorgungsnetz einzuspeisen oder umgekehrt einen Ladestrom für die Batteriespeichervorrichtung bereitzustellen. Um einem jeweiligen Leistungsbedarf eines Netzknotens gerecht zu werden, können mehrere Batteriespeichervorrichtungen einer vorkonfektionierten Größe ausgangsseitig parallelgeschaltet werden.
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Zur Sicherung der Batteriespeichervorrichtung gegen Netzfehler sind üblicherweise Überstromschutzvorrichtungen mit einem Schalter vorgesehen, um die Batteriespeichervorrichtung im Fehlerfall von dem Versorgungsnetz abzutrennen. Hierbei ist problematisch, dass diese Schalter Gleichströme einer hohen Leistung schalten, welche naturgemäß keine Nulldurchgänge aufweisen, zu denen ein beim Schalten entstehender Lichtbogen verlöschen würde, weshalb einiger Aufwand zu betreiben ist, um ein beschädigungsfreies Schalten des Schalters zu gewährleisten. Dieser Aufwand steigt mit der Größe des Gleichstroms, der geschaltet können werden soll.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte Batteriespeichervorrichtung einzuführen. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Batteriespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, Batteriespeicheranordnungen mit einer Mehrzahl von ausgangsseitig parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen gemäß den Ansprüchen 8 und 9 und ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeichervorrichtung gemäß Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein erster Aspekt der Erfindung führt eine Batteriespeichervorrichtung mit einer Batterie, einem zwischen die Batterie und einen Anschluss der Batteriespeichervorrichtung geschalteten Schalter, einem Stromsensor und einer mit einer Steuerelektrode des Schalters und dem Stromsensor verbundenen Steuereinheit ein. Die Batterie ist dazu dimensioniert, einen Batteriestrom bis hin zu einem Kurzschlussstrom bereitzustellen. Als Kurzschlussstrom wird fachüblich der Strom verstanden, den die Batterie bei einem Kurzschluss erzeugt und der der maximale Strom ist, den die Batterie bereitstellen kann. Der Stromsensor ist dazu ausgebildet, einen zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Strom zu messen und einen den Strom kennzeichnenden Strommesswert bereitzustellen. Beispielsweise kann der Stromsensor den Strom mit einer Magnetschleife oder indirekt über eine Spannungsmessung über einen von dem Strom durchflossenen Widerstand messen. Die Steuereinheit ist dabei dazu ausgebildet, den Strommesswert mit einem vorbestimmten Maximalstromwert zu vergleichen und den Schalter zu öffnen, wenn der Strommesswert den Maximalstromwert erreicht oder überschreitet.
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Erfindungsgemäß ist der Stromsensor außerdem dazu ausgebildet, eine Stromflussrichtung des zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Stromes zu bestimmen und mit dem Strommesswert bereitzustellen. Zudem ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Schalter nur unter der zusätzlichen Bedingung zu öffnen, dass die Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Entladestrom der Batterie ist.
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Bei einer Parallelschaltung von Batteriespeichervorrichtungen kann ein Fehler innerhalb einer Batteriespeichervorrichtung auftreten, der dazu führt, dass die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung einen sehr hohen Strom aufnimmt, der bis hin zur Summe der Kurzschlussströme aller anderen parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen ansteigen kann. Um diesen sehr hohen Strom unterbrechen zu können und somit die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung vom Versorgungsnetz abtrennen zu können, muss nach gängiger Technik der Schalter der Überstromschutzvorrichtung einen so hohen Strom schalten können, was mit entsprechend großem Aufwand verbunden ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung mit beträchtlich geringerem Aufwand geschützt werden kann, wenn stattdessen die weiteren Batteriespeichervorrichtungen abgetrennt werden, woraufhin diese keinen Strom ausgeben, der von der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung aufgenommen werden könnte. Im Ergebnis sinkt der in der Batterie der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung fließende Strom auf maximale den Kurzschlussstrom dieser Batterie, welcher entweder ohnehin innerhalb der Batterie fließt oder aber problemlos von dem Schalter der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung unterbrochen werden kann. Nach dem Öffnen des Schalters der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung können die weiteren Batteriespeichervorrichtungen wieder durch Schließen ihrer Schalter mit dem Versorgungsnetz verbunden werden.
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Die Erfindung bietet somit den Vorteil, dass jeder Schalter der parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen nur den Kurzschlussstrom der jeweiligen Batterie und nicht den Kurzschlussstrom der Gesamtanordnung schalten können muss, weshalb erheblich weniger Aufwand für die Schalter betrieben werden kann.
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Die Steuereinheit der Batteriespeichervorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Schalter geschlossen zu lassen, wenn die Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Ladestrom der Batterie ist.
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Als Entladestrom wird hier allgemein ein Strom verstanden, der von der Batterie erzeugt und ausgegeben wird, um Leistung in das Versorgungsnetz einzuspeisen, während als Ladestrom ein in entgegengesetzter Richtung zum Entladestrom fließender Strom bezeichnet wird, obgleich der Ladestrom nicht notwendigerweise zu einem Aufladen der Batterie im eigentlichen Sinn führen muss, sondern beispielsweise auch ganz oder teilweise in einem batterieinternen Kurzschluss umgesetzt werden kann.
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Vorzugsweise ist der Schalter der erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung dazu ausgebildet und dimensioniert, einen Strom mit einem Betrag von höchstens weniger als dem doppelten Kurzschlussstrom der Batterie zu schalten. Beispielsweise kann der Schalter dazu ausgebildet sein, einen Strom mit einem Betrag bis hin zum Kurzschlussstrom der Batterie oder aber diesen Betrag zuzüglich einer Sicherheitsmarge zu schalten. Die Sicherheitsmarge kann beispielsweise 10, 20 oder 30 Prozent des Kurzschlussstroms der Batterie betragen.
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Der vorherbestimmte Maximalstromwert kann beispielsweise größer als ein maximaler Batterieladestrom der Batterie sein. Beispielsweise kann der vorherbestimmte Maximalstromwert dem maximalen Batterieladestrom zuzüglich einer Sicherheitsmarge entsprechen. Die Sicherheitsmarge kann beispielsweise 10, 20 oder 30 Prozent des maximalen Batterieladestroms der Batterie betragen. Hierdurch kann ein Fehlerfall mit guter Sicherheit von einem zulässigen Batterieladestrom unterschieden werden.
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Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit außerdem dazu ausgebildet, den Schalter zu öffnen, wenn der Strom ein Entladestrom der Batterie ist und der Strommesswert des Stromsensors unter eine vorbestimmte Schwellstromstärke, welche kleiner als der vorbestimmte Maximalstromwert ist, absinkt. Dies bewirkt, dass eine Batteriespeichervorrichtung, die ihren Schalter nicht geöffnet hat, obwohl der Vergleich des Strommesswertes mit dem vorbestimmten Maximalstromwert ergeben hat, dass der vorbestimmte Maximalstromwert erreicht oder überschritten wurde, weil die zusätzliche Bedingung nicht erfüllt war, dass der Strom ein Entladestrom der Batterie ist, ihren Schalter schließlich öffnet, wenn der Strommesswert unter die vorbestimmte Schwellstromstärke absinkt. Der in die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung fließende Strom nimmt aufgrund des Abtrennens der anderen Batteriespeichervorrichtungen ab, so dass der Schalter der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung schließlich den Strom ohne die Gefahr einer Beschädigung unterbrechen kann. Hierdurch wird die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung sicher von den parallelgeschalteten weiteren Batteriespeichervorrichtungen abgetrennt und der die Abschaltungen verursachende Fehler isoliert.
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Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit außerdem dazu ausgebildet sein, nach dem Öffnen des Schalters eine Wiedereinschaltbedingung zu prüfen und nach einer positiven Überprüfung der Wiedereinschaltbedingung den Schalter wieder zu schließen. Das heißt, dass eine Batteriespeichervorrichtung, die ihren Schalter aufgrund eines Erreichens oder eines Überschreitens des vorbestimmten Maximalstromwerts durch einen Entladestrom geöffnet hat, den Schalter wieder schließen und hierdurch wieder in den aktiven Versorgungsbetrieb gehen kann, wenn eine Wiedereinschaltbedingung erfüllt ist. Die Wiedereinschaltbedingung kann beispielsweise das Verstreichen einer vorbestimmten Wartezeitspanne sein, nach der angenommen wird, dass sich eine fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung selbst abgetrennt hat, das Empfangen eines Einschaltsignals von einer Leitzentrale (etwa, weil ein Fehler in einem anderen Netzsegment des Versorgungsnetzes und außerhalb der parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen isoliert oder behoben wurde) oder das Empfangen eines sonstigen Signals sein, das anzeigt, dass ein Wiedereinschalten erfolgen soll oder kann.
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Die Batteriespeichervorrichtung kann über eine mit der Steuereinheit verbundene Schnittstelle verfügen, welche ausgebildet ist, ein Abschaltsignal zu empfangen und/oder senden. Dadurch können mehrere Batteriespeichervorrichtungen einfach miteinander verschaltet werden, so dass die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Fehlers erhöht und/oder die Geschwindigkeit, mit der ein Fehler erkannt und in der Gesamtanordnung hierauf reagiert werden kann, minimiert wird.
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Insbesondere kann dabei die Steuereinheit ausgebildet sein, den Schalter auf den Empfang eines Abschaltsignals zu öffnen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, ein Abschaltsignal über die Schnittstelle zu senden, wenn der Strommesswert den Maximalstromwert erreicht und zusätzlich die Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Ladestrom der Batterie ist. Derartige Batteriespeichervorrichtungen können mit geringem Aufwand zu einer verteilten Anordnung verschaltet werden, ohne dass eine zentrale Instanz zur Überwachung der Anordnung benötigt würde.
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Dementsprechend betrifft ein zweiter Aspekt der Erfindung eine Batteriespeicheranordnung mit einer Mehrzahl von ausgangsseitig parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen, die jeweils derartige miteinander verbundene Schnittstellen aufweisen. Beispielsweise kann in einer solchen Konfiguration vorgesehen sein, dass eine Batteriespeichervorrichtung, die wegen einer Stromflussrichtung, die einen Ladestrom der Batterie anzeigt, den Schalter nicht öffnet, den Schalter öffnet, sobald eine vorbestimmte Anzahl von Abschaltsignalen der weiteren parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen der Batteriespeicheranordnung von ihr empfangen wurde. Die weiteren parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen können dann auf ein entsprechendes Abschaltsignal der Batteriespeichervorrichtung mit Ladestrom ihren jeweiligen Schalter wieder schließen, so dass die von der Batteriespeicheranordnung versorgte Last wieder von dieser versorgt wird.
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Durch einen zum zweiten Erfindungsaspekt alternativen Erfindungsaspekt wird eine Batteriespeicheranordnung mit einer Steuerzentrale bereitgestellt. Die Batteriespeicheranordnung verfügt über eine Mehrzahl von ausgangsseitig parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen, die jeweils eine Batterie, welche dimensioniert ist, einen Batteriestrom bis hin zu einem Kurzschlussstrom bereitzustellen, einen zwischen die Batterie und einen Anschluss der Batteriespeichervorrichtung geschalteten Schalter, eine Schnittstelle, die dazu ausgebildet ist, den Schalter auf den Empfang eines Abschaltsignals hin zu öffnen, und einen Stromsensor, der ausgebildet ist, einen zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Strom zu messen, eine Stromflussrichtung des zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Stromes zu bestimmen und einen den Strom kennzeichnenden Strommesswert und die bestimmte Stromflussrichtung über die Schnittstelle zu senden, aufweisen. Die Steuerzentrale ist mit den Schnittstellen der Batteriespeichervorrichtungen verbunden und dazu ausgebildet, jeweilige Strommesswerte und Stromflussrichtungen von den Schnittstellen der Batteriespeichervorrichtungen zu empfangen, die empfangenen Strommesswerte mit einem vorbestimmten Maximalstromwert zu vergleichen und ein Abschaltsignal an die Schnittstellen nur derjenigen Batteriespeichervorrichtungen zu schicken, deren Stromflussrichtung anzeigt, dass der in diesen Batteriespeichervorrichtungen fließende Strom ein Entladestrom der Batterie ist, wenn der Strommesswert einer der Batteriespeichervorrichtungen den Maximalstromwert erreicht oder überschreitet und die zugeordnete Stromflussrichtung dieser einen Batteriespeichervorrichtung einen Ladestrom der Batterie dieser einen Batteriespeichervorrichtung anzeigt. Die zentralisierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung besitzt den Vorteil, dass die einzelnen Batteriespeichervorrichtungen mit minimaler Komplexität aufgebaut werden können und die Steuerlogik vereinfachend in einer zentralen Einheit, der Steuerzentrale, zusammengefasst werden können.
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Ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriespeichervorrichtung ein. Das Verfahren besitzt wenigstens die folgenden Schritte:
- -- Messen eines zwischen einer Batterie der Batteriespeichervorrichtung und einem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Stroms;
- -- Bestimmen einer Stromflussrichtung des zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Stromes;
- -- Vergleichen des gemessenen Stromes mit einem vorbestimmten Maximalstromwert; und
- -- Unterbrechen des Stroms, wenn der gemessene Strom den vorbestimmten Maximalstromwert erreicht oder überschreitet, wobei der Schritt des Unterbrechens des Stromes nur erfolgt, wenn die bestimmte Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Entladestrom der Batterie ist.
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Das Verfahren kann um den zu den auf Vorrichtungen und Anordnungen gerichteten Erfindungsaspekten entsprechende weitere Schritte ergänzt werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung;
- 4 eine Energieversorgungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung;
- 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung;
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung; und
- 7 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Batteriespeichervorrichtung.
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Ausführliche Figurenbeschreibung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung 1. Die Batteriespeichervorrichtung 1 verfügt als zentrale Komponente über eine Batterie 2, die über einen Anschluss 3 mit einem Ladestrom geladen werden kann oder aber über den Anschluss 3 eine externe Last versorgen kann, wobei ein dem Ladestrom entgegengesetzter Entladestrom fließt. Beispielsweise kann die Batteriespeichervorrichtung 1 als Notstromversorgung oder für Netzdienstleistungen wie das als Peak-Shaving bezeichnete Puffern eines Versorgungsnetzes verwendet werden. Die erfindungsgemäße Batteriespeichervorrichtung 1 erlaubt es insbesondere, mit einer oder mehreren anderen Batteriespeichervorrichtungen der gleichen oder ähnlicher Bauart ausgangsseitig parallelgeschaltet zu werden, um eine größere Versorgungsleistung oder dieselbe Versorgungsleistung über eine längere Zeit zur Verfügung stellen zu können.
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Zwischen den Anschluss 3 und die Batterie 2 ist ein Schalter 4 geschaltet, welcher dazu dient, die Batterie 2 von dem Anschluss 3 abzutrennen. Ganz allgemein kann auch ein zweiter Schalter vorgesehen sein, um auch den anderen Batteriepol von dem anderen Anschluss der Batteriespeichervorrichtung 1 abzutrennen. Dieser zweite Schalter kann insbesondere durch dasselbe Schaltsignal gesteuert werden wie der Schalter 4. Aus Gründen der Einfachheit wird nachfolgend durchgängig auf die Beschreibung eines solchen zweiten Schalters verzichtet, dennoch lassen sich auch die weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung entsprechend um einen zweiten Schalter erweitern.
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Mit dem Schalter 4 in Reihe geschaltet ist außerdem ein Stromsensor 5, welcher an einer beliebigen Stelle des Stromkreises angeordnet sein kann. Bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Stromsensor 5 zwischen der Batterie 2 und dem Schalter 4 angeordnet. Der Stromsensor 5 ist dazu ausgebildet, den in der Batteriespeichervorrichtung 1 fließenden Strom zu messen und einen dementsprechenden Strommesswert bereitzustellen. Außerdem bestimmt der Stromsensor 5 eine Stromflussrichtung des Stromes und stellt eine diesbezügliche Information (beispielsweise als Vorzeichen des Strommesswertes) mit dem Strommesswert zusammen zur Verfügung.
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Der Stromsensor 5 ist beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung 1 mit einer Steuereinheit 6 verbunden, welche den Strommesswert und die Stromflussrichtung aus dem Stromsensor 5 auslesen und basierend auf diesen Werten den Schalter 4 schalten kann.
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Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung 1 ist für einen autonomen Betrieb ohne Kommunikation mit den parallelgeschalteten anderen Batteriespeichervorrichtungen eingerichtet. Dadurch kann mit sehr geringem Installationsaufwand eine verteilte Batteriespeicheranordnung mit mehreren parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen verwirklicht werden, da keine zusätzliche Signalleitungen für eine Kommunikation zwischen den einzelnen Batteriespeichervorrichtungen erforderlich sind. Die Steuereinheit 6 vergleicht den von dem Stromsensor 5 bereitgestellten Strommesswert mit einem vorbestimmten Maximalstromwert, der beispielsweise dem Kurzschlussstrom der Batterie 2 entsprechen kann. Erreicht der Strommesswert den vorbestimmten Maximalstromwert oder übersteigt ihn (beispielsweise wenn der Maximalstromwert etwas niedriger als der reale Kurzschlussstrom der Batterie 2 angesetzt wird), so kann die Steuereinheit 6 den Schalter 4 öffnen, um die Batterie 2 abzutrennen und auf diese Weise die Batterie 2 und die Batteriespeichervorrichtung 1 vor Beschädigung zu schützen. Die Steuereinheit 6 prüft jedoch, ob die vom Stromsensor 5 bereitgestellte Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Entladestrom ist. Ist dies der Fall, so öffnet die Steuereinheit 6 den Schalter 4, da davon ausgegangen werden kann, dass ein Fehler außerhalb der Batteriespeichervorrichtung 1 den unerwünscht hohen Strom verursacht. Allerdings öffnet die Steuereinheit 6 den Schalter 4 nicht, wenn die Stromflussrichtung anzeigt, dass es sich um einen Ladestrom handelt. In diesem Fall kann nämlich davon ausgegangen werden, dass der den hohen Strom verursachende Fehler innerhalb der Batteriespeichervorrichtung 1 aufgetreten ist, wobei aufgrund der Parallelschaltung mehrerer Batteriespeichervorrichtungen zu befürchten ist, dass der Strom eine Größe annimmt, die von dem Schalter 4 der fehlerhaften Batteriespeichervorrichtung 1 nicht sicher geschaltet werden kann. Da die anderen Batteriespeichervorrichtungen jedoch ihren jeweiligen Entladestrom abschalten, nimmt der aufgrund des Fehlers fließende Strom entsprechend ab, so dass schließlich die fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung ebenfalls ihren Schalter 4 öffnen kann, um sich abzutrennen. Ist dies geschehen, können die anderen Batteriespeichervorrichtungen ihre jeweiligen Schalter wieder schließen, um ihrer Versorgungsaufgabe nachzukommen. Die erfindungsgemäße Batteriespeichervorrichtung von 1 kann somit autark operieren und bei Parallelschaltung mit weiteren solcher Batteriespeichervorrichtungen trotz des für den Maximalstrom der Gesamtanordnung aus parallelgeschalteten Batteriespeichervorrichtungen zu schwach dimensionierten Schalters sicher auch Fehlerfälle abfangen, bei denen der Strom durch den Anschluss einer Batteriespeichervorrichtung weit über den Kurzschlussstrom einer Batteriespeichervorrichtung hinaus ansteigt.
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Die Steuereinheit 6 kann als Mikrokontroller oder sonstige programmierbare Logik, aber auch als analoge Schaltung oder dergleichen verwirklicht sein.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung 1, das weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, weshalb nachfolgend auf eine erneute Beschreibung der übereinstimmenden Teile verzichtet wird. Die Batteriespeichervorrichtung 1 der 2 verfügt über eine Schnittstelle 7, welche mit der Steuereinheit 6 verbunden ist. Die Schnittstelle 7 ist dazu ausgebildet, Abschaltsignale zu senden und/oder empfangen. Dadurch können mehrere Batteriespeichervorrichtungen 1 miteinander vernetzt werden, so dass ein robusterer und feinteiliger gesteuerter Betrieb einer Parallelschaltung von Batteriespeichervorrichtungen 1 möglich wird. Beispielsweise können so Fehler in einzelnen Stromsensoren 5 der Batteriespeichervorrichtungen 1 erkannt oder eine schnellere und zuverlässigere Abtrennung von Batteriespeichervorrichtungen mit einem Entladestrom bewirkt werden, wenn eine Batteriespeichervorrichtung 1 einen Fehlerfall erkennt, bevor andere den Fehler festgestellt haben. Ebenso kann die Schnittstelle 7 dazu dienen, eine entfernte Leitstation von einer Abschaltung in Kenntnis zu setzen oder von der entfernten Leitstation eine Abschaltanweisung zur Durchführung durch die Steuereinheit 6 entgegenzunehmen.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeichervorrichtung 1, das erneut den vorhergehenden beiden Ausführungsbeispielen ähnelt und in seinen übereinstimmenden Teilen nicht erneut beschrieben wird. Die Batteriespeichervorrichtung 1 des dritten Ausführungsbeispiels besitzt keine Steuereinheit 6. Stattdessen ist die Schnittstelle 7 der Batteriespeichervorrichtung 1 von 3 direkt mit dem Stromsensor 5 und dem Schalter 4 verbunden. Dadurch kann die Batteriespeichervorrichtung 1 aus der Ferne gesteuert werden. Ebenso ist es möglich, mehrere Batteriespeichervorrichtungen 1 parallelzuschalten und durch eine einzige Steuereinheit steuern zu lassen, wodurch der Aufwand für mehrere Steuereinheiten - eine pro Batteriespeichervorrichtung - stark reduziert werden kann. Die Schnittstelle 7 sendet Strommesswerte des Stromsensors 5 und schaltet den Schalter 4 gemäß empfangenen Abschaltsignalen und ohne Beteiligung einer lokalen Steuereinheit.
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4 zeigt eine Energieversorgungsanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung 10, welche im hier gezeigten Beispiel drei Batteriespeichervorrichtungen 1 aufweist. Die Batteriespeichervorrichtungen 1 operieren dabei autark, das heißt ohne Kommunikation untereinander, und können beispielsweise wie die Batteriespeichervorrichtung von 1 aufgebaut sein.
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Die Batteriespeicheranordnung 10 der 4 ist beispielhaft mit einem Wechselrichter 20 verbunden, welcher seinerseits mit einer Last oder einem Versorgungsnetz 30 verbunden ist. Der Wechselrichter 20 wird von der Batteriespeicheranordnung 10 mit einer Gleichspannung versorgt und erzeugt aus dieser eine Wechselspannung, welche zur Einspeisung in ein Versorgungsnetz oder zur Versorgung einer Wechselspannungslast geeignet ist. Der Wechselrichter 20 kann auch bidirektional ausgelegt sein, so dass er dem Versorgungsnetz 30 elektrische Leistung entnehmen und als zum Laden der Batterien der Batteriespeichervorrichtungen 1 der Batteriespeicheranordnung 10 geeignete Gleichspannung ausgeben. Die externe Verschaltung der Batteriespeicheranordnung 10 ist jedoch nicht Inhalt der Erfindung und dient hier lediglich zur Veranschaulichung der möglichen Einsatzzwecke einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung 10.
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5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung 10, bei der die Batteriespeichervorrichtungen 1 über Schnittstellen verfügen, welche über einen Kommunikationsbus 11 oder sonstige Signalleitungen miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann es sich um Batteriespeichervorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 oder 3 handeln, wobei im letztgenannten Fall die hier gezeigte Batteriespeicheranordnung 10 durch Anschließen einer nicht dargestellten entfernt angeordneten Steuerzentrale an den Kommunikationsbus 11 betriebsbereit gemacht werden muss.
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6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriespeicheranordnung 10, bei der lokal eine Steuerzentrale 12 vorgesehen ist, also eine zentrale Steuereinheit, die die Funktionalitäten der Steuereinheit 6 der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 für alle Batteriespeichervorrichtungen 1 gemeinsam übernehmen kann. Diese Steuerzentrale 12 ist über den Kommunikationsbus 11 mit den Schnittstellen der einzelnen Batteriespeichervorrichtungen 1 verbunden, um von diesen Strommesswerte entgegenzunehmen und gegebenenfalls Abschaltsignale an die jeweiligen Batteriespeichervorrichtungen 1 zu versenden.
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Als Kommunikationsbus 11 kann allgemein eine beliebige geeignete Kommunikationsstruktur verwendet werden, beispielsweise eine ringförmige oder - ausgehend von der Steuerzentrale 12 - eine sternförmige Struktur.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Batteriespeichervorrichtung. Das Verfahren beginnt in einem Startschritt S0 und setzt daraufhin mit einem Schritt S1 fort, in dem ein zwischen einer Batterie der Batteriespeichervorrichtung und einem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließender Strom gemessen wird. In einem nachfolgenden Schritt S2, der jedoch auch gleichzeitig mit dem Schritt S1 oder vor dem Schritt S1 ausgeführt werden kann, wird eine Stromflussrichtung des zwischen der Batterie und dem Anschluss der Batteriespeichervorrichtung fließenden Stromes bestimmmt, so dass bekannt wird, ob der Strom ein Entladestrom oder ein Ladestrom der Batteriespeichervorrichtung ist, so dass diese Information für das Betreiben der Batteriespeichervorrichtung verwendet werden kann.
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In einem weiteren Schritt S3 wird der gemessene Strom mit einem vorbestimmten Maximalstromwert verglichen. In Schritt S4 wird abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs entweder zurück zu Schritt S1 verzweigt oder mit dem nachfolgenden Schritt S5 fortgesetzt. Zurückverzweigt wird dabei, wenn der gemessene Strom kleiner als der vorbestimmte Maximalstromwert ist, also kein Fehlerfall erkannt wird. Erreicht oder übersteigt der gemessene Strom den vorbestimmten Maximalstromwert, wird auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen, der ein Abtrennen der Batteriespeichervorrichtung erforderlich machen kann. In Schritt S5 wird jedoch zuerst überprüft, ob die bestimmte Stromflussrichtung anzeigt, dass der Strom ein Entladestrom der Batterie ist, da nur in diesem Fall davon ausgegangen werden soll, dass ein Schalter der Batteriespeichervorrichtung in der Lage ist, den Strom sicher und beschädigungsfrei zu schalten. Handelt es sich jedoch um einen Ladestrom, so wird zu Schritt S1 zurückverzweigt, da die Gefahr besteht, dass der Schalter beim Öffnen beschädigt wird. Im Positivfall wird hingegen mit Schritt S6 fortgesetzt, in dem der Strom durch Öffnen des Schalters unterbrochen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann an dieser Stelle enden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein weiterer Schritt S7 vorgesehen, in dem eine Wartezeitspanne abgewartet wird, nach deren Verstreichen angenommen wird, dass eine fehlerhafte Batteriespeichervorrichtung, zwischenzeitlich in der Lage gewesen ist, sich durch Öffnen ihres Schalters ebenfalls abzutrennen, so dass in einem nachfolgenden Schritt S8 der Schalter der fehlerfreien Batteriespeichervorrichtung wieder geschlossen werden kann, bevor das Verfahren in einem Endschritt S9 endet oder wieder zum Start des Verfahrens zurückkehrt.
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Die Erfindung wurde unter Bezug auf Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Die Ausführungsbeispiele dienen dabei lediglich der Veranschaulichung und sollen die Erfindung, die ausschließlich durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, nicht einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriespeichervorrichtung
- 2
- Batterie
- 3
- Anschluss
- 4
- Schalter
- 5
- Stromsensor
- 6
- Steuereinheit
- 7
- Schnittstelle
- 10
- Batteriespeicheranordnung
- 11
- Kommunikationsbus
- 12
- Steuerzentrale
- 20
- Wechselrichter
- 30
- Last, Versorgungsnetz
