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EINLEITUNG
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Die Informationen in diesem Abschnitt dienen dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Arbeiten der vorliegend genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung möglicherweise nicht zum Stand der Technik gehören, sind weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Energiemanagementsysteme zur Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie, die durch erneuerbare Energiequellen erzeugt wird.
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Erneuerbare Energiequellen (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Solar- und Windkraftanlagen) verringern die Abhängigkeit von konventionellen Stromnetzen und Versorgungsunternehmen und reduzieren die Treibhausgasemissionen. In einigen Beispielen kann die von erneuerbaren Energiequellen erzeugte elektrische Energie in Batterien gespeichert und/oder direkt an eine Last (z.B. ein elektrisches System eines Hauses, eines Industrie- oder Gewerbegebäudes usw.) geliefert werden. In anderen Beispielen können erneuerbare Energiequellen an ein Stromnetz angeschlossen werden und die vom Stromnetz gelieferte elektrische Energie ergänzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein System umfasst ein Batteriesystem, das eine Vielzahl von Batterien enthält und so konfiguriert ist, dass es selektiv mit einer erneuerbaren Energiequelle gekoppelt und von dieser geladen werden kann und selektiv mit einem Stromnetz gekoppelt und von diesem geladen werden kann. Das System umfasst außerdem ein Energiemanagementsystem mit einem Gleichstrombus, der von einer Vielzahl von Lasten gemeinsam genutzt wird, ein Stromverteilungssteuersystem und ein Lastschnittstellensystem. Das Energiemanagementsystem ist zwischen dem Batteriesystem und der Vielzahl der Lasten angeschlossen. Das Energiemanagementsystem ist so konfiguriert, dass es selektiv einzelne der Vielzahl von Batterien mit mindestens einer der Vielzahl von Lasten über den Gleichstrombus verbindet, selektiv das Batteriesystem mit dem Stromnetz verbindet und das Batteriesystem vom Stromnetz trennt und selektiv mindestens eine der Vielzahl von Lasten direkt mit dem Stromnetz verbindet.
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In anderen Merkmalen umfasst das Energiemanagementsystem ein Stromverteilungssteuersystem, das so konfiguriert ist, dass es eine Vielzahl von Schaltern einer Schalteranordnung steuert, die zwischen dem Batteriesystem und der Vielzahl von Lasten angeschlossen ist.
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In anderen Merkmalen umfasst das Stromverteilungssteuersystem einen DC/DC-Wandler, der zwischen dem Batteriesystem und dem Gleichstrombus angeschlossen ist.
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In anderen Merkmalen umfasst das Stromverteilungssteuersystem ein Batteriemanagementsystem, das so konfiguriert ist, dass es die Betriebseigenschaften der jeweiligen Batterien der Vielzahl von Batterien des Batteriesystems überwacht, und die Betriebseigenschaften umfassen mindestens eine der Größen Spannung, Strom und Temperatur der jeweiligen Batterien der Vielzahl von Batterien.
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In anderen Merkmalen ist das Batteriemanagementsystem so konfiguriert, dass es die jeweiligen Batterien der Vielzahl von Batterien auf der Grundlage der Betriebseigenschaften selektiv von der Vielzahl von Lasten trennt.
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In anderen Merkmalen umfasst das Stromverteilungssteuersystem ein Hausstrommanagementsystem, das so konfiguriert ist, dass es selektiv einzelne Batterien aus der Vielzahl von Batterien mit der Vielzahl von Lasten verbindet.
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In anderen Merkmalen ist das Hausstrommanagementsystem so konfiguriert, dass es einzelne der Vielzahl von Schaltern steuert, um das Batteriesystem mit den jeweiligen Lasten der Vielzahl von Lasten zu verbinden.
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In anderen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl der Lasten ein Elektrofahrzeug, und das Hausstrommanagementsystem ist so konfiguriert, dass es die Vielzahl der Schalter steuert, um das Batteriesystem über ein Gleichstrom-Schnelllade-Modul mit dem Elektrofahrzeug zu verbinden.
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In anderen Merkmalen umfasst die Vielzahl von Lasten Wechselstrom-Hauptanschlüsse eines Hauses, und das Hausstrommanagementsystem ist so konfiguriert, dass es die Vielzahl von Schaltern steuert, um das Batteriesystem über einen Wechselrichter mit den Wechselstrom-Hauptanschlüssen zu verbinden.
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In anderen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Lasten eine aufladbare Gleichstromlast, und das Hausstrommanagementsystem ist so konfiguriert, dass es die Vielzahl von Schaltern steuert, um das Batteriesystem über eine Gleichstromladestation mit der aufladbaren Gleichstromlast zu verbinden.
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In anderen Ausführungsformen umfasst das System ferner einen Schalter, der zwischen die erneuerbare Energiequelle und das Batteriesystem geschaltet ist, und das Energiemanagementsystem ist so konfiguriert, dass es den Schalter steuert, um die erneuerbare Energiequelle selektiv mit dem Batteriesystem und direkt mit dem Gleichstrombus des Energiemanagementsystems unter Umgehung des Batteriesystems zu verbinden.
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In anderen Merkmalen ist das Energiemanagementsystem so konfiguriert, dass es den Schalter steuert, um das Batteriesystem selektiv vom Energiemanagementsystem zu trennen.
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In anderen Ausführungsformen umfasst das System ferner einen Schalter, der zwischen das Stromnetz und das Batteriesystem geschaltet ist, und das Energiemanagementsystem ist so konfiguriert, dass es den Schalter so steuert, dass er das Batteriesystem umgeht und das Stromnetz selektiv direkt mit der Vielzahl der Lasten verbindet.
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In anderen Merkmalen ist das Energiemanagementsystem so konfiguriert, dass es den Schalter steuert, um das Stromnetz vom Batteriesystem zu trennen.
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In anderen Merkmalen ist die erneuerbare Energiequelle eine Solaranlage.
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Ein System umfasst ein Batteriesystem, das eine Vielzahl von Batterien enthält und so konfiguriert ist, dass es selektiv mit einer erneuerbaren Energiequelle gekoppelt und von dieser aufgeladen werden kann und selektiv mit einem Langzeit-Energiemanagementsystem gekoppelt ist. Das System umfasst ferner einen Gleichstrombus, der von einer Vielzahl von Lasten gemeinsam genutzt wird, und ein Energiemanagementsystem, das zwischen dem Batteriesystem und der Vielzahl von Lasten angeschlossen ist. Das Energiemanagementsystem umfasst ein Unternehmensstrommanagementsystem, das so konfiguriert ist, dass es selektiv einzelne der Vielzahl von Batterien mit mindestens einer der Vielzahl von Lasten über den Gleichstrombus verbindet, selektiv das Batteriesystem mit dem Langzeit-Energiemanagementsystem verbindet und das Batteriesystem vom Langzeit-Energiemanagementsystem trennt und selektiv mindestens eine der Vielzahl von Lasten direkt mit dem Langzeit-Energiemanagementsystem verbindet.
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In anderen Merkmalen ist die erneuerbare Energiequelle eine Solaranlage.
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In anderen Merkmalen enthält das Langzeit-Energiemanagementsystem ein Brennstoffzellensystem.
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In anderen Merkmalen ist das Unternehmensstrommanagementsystem außerdem so konfiguriert, dass es selektiv ein Stromnetz mit dem Batteriesystem verbindet.
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In anderen Merkmalen umfasst die Vielzahl der Lasten die Wechselstrom-Hauptanschlüsse einer Industrieanlage.
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In anderen Merkmalen ist zumindest ein Teil des Energiemanagementsystems in einem Cloud-Computing-System implementiert.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger ersichtlich, wobei gilt:
- 1 ist ein funktionales Blockschaltbild eines beispielhaften Energiemanagementsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2A ist ein funktionales Blockschaltbild eines Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist;
- 2B ist ein funktionales Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist;
- 2C ist ein funktionales Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist;
- 2D ist ein funktionales Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist;
- 2E ist ein funktionales Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist; und
- 2F ist ein funktionales Blockschaltbild eines weiteren Beispiels des Energiemanagementsystems aus 1, das detaillierter dargestellt ist.
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In den Zeichnungen können Bezugszahlen erneut verwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu bezeichnen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit zunehmender Kapazität und Effizienz der erneuerbaren Energiequellen werden die Speicherung, der Lastausgleich und die Beziehung zum Stromnetz immer komplexer. Außerdem kann eine herkömmliche Verbindung mit dem Stromnetz aufgrund mangelnder Zuverlässigkeit des Stromnetzes, schwankender Energiekosten usw. unerwünscht sein.
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Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung implementieren ein Energiemanagementsystem, das so konfiguriert ist, dass es gespeicherte Elektrizität (z.B. von einer erneuerbaren Energiequelle wie einer Solaranlage) von einem Batteriesystem an eine Reihe von Lasten liefert, zu denen auch ein Elektrofahrzeug gehören kann. So versorgt z.B. das Batteriesystem die Lasten über einen gemeinsamen Gleichstrombus mit elektrischen Strom. Das Batteriesystem ist so konfiguriert, dass es sowohl Gleichstrom für Gleichstromverbraucher als auch Wechselstrom (AC) für Wechselstromverbraucher (z.B. über einen Wechselrichter) liefert. Der Gleichstrombus ist vom Stromnetz isoliert, um die Auswirkungen von Schwankungen und Ausfällen im Stromnetz zu minimieren.
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Das Batteriesystem umfasst eine Reihe von Batterien oder Batteriemodulen, die jeweils aus einer Vielzahl von Zellen gebildet sind. Einzelne Batteriemodule oder -zellen können ein- und ausgeschaltet (d.h. verbunden und getrennt) werden, um die Batteriekapazität je nach Systemanforderungen zu erhöhen oder zu verringern. Das Batteriesystem kann drahtlos kommunizieren, um die Batterieumschaltung und die Skalierbarkeit zu erleichtern.
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1 zeigt ein Beispiel für ein Energiemanagementsystem 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. In einigen Beispielen kann zumindest ein Teil des Energiemanagementsystems 100 in einem Cloud-Computing-System implementiert sein. Das Energiemanagementsystem 100 ist mit einem Batteriesystem 104 verbunden und umfasst ein Stromverteilungssteuersystem 108 und ein Lastschnittstellensystem 112. Das Energiemanagementsystem 100 ist so konfiguriert, dass es die in dem Batteriesystem 104 gespeicherte elektrische Energie an eine Reihe von Lasten 114 liefert. Beispielsweise wird die im Batteriesystem 104 gespeicherte elektrische Energie in erster Linie aus einer erneuerbaren Energiequelle, z.B. einer Solaranlage 116, gewonnen.
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Das Batteriesystem 104 kann auch so konfiguriert sein, dass es selektiv Strom aus einem Stromnetz 120 bezieht. Das Energiemanagementsystem 100 ist so konfiguriert, dass es die Verwendung von von der Solaranlage 116 erhaltenem elektrischem Strom maximiert und gleichzeitig die Abhängigkeit vom Stromnetz 120 minimiert. Obwohl hier als Solarstromanlage 116 beschrieben, kann die erneuerbare Energiequelle auch andere Energiequellen (z.B. Windenergie) und/oder Kombinationen davon umfassen. Dementsprechend ist die Architektur des Energiemanagementsystems 100 und des Batteriesystems 104 für die Kompatibilität mit mindestens einer vom Stromnetz 120 getrennten erneuerbaren Energiequelle ausgelegt. In einigen Beispielen ist die Architektur zumindest mit dem Stromnetz 120 und einer oder mehreren verschiedenen erneuerbaren Energiequellen, die vom Stromnetz 120 getrennt sind, kompatibel.
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Zu den Lasten 114 können sowohl für den Empfang von Wechselstrom konfigurierte Lasten als auch für den Empfang von Gleichstrom konfigurierte Lasten gehören. Zu den Lasten 114 gehören z.B. die Hauptstromanschlüsse eines Hauses, eines Elektrofahrzeugs, einer Gleichstromladestation usw.
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Das Energiemanagementsystem 100 umfasst einen Gleichstrombus 124, der so konfiguriert ist, dass er Strom vom Batteriesystem 104 zu den Lasten liefert. Der Gleichstrombus 124 kann vom Stromnetz 120 isoliert werden (z.B. mit einem oder mehreren Schaltern, wie unten genauer beschrieben), um die Auswirkungen von Schwankungen im Stromnetz, Ausfällen usw. zu minimieren. Beispielsweise ist das Stromverteilungssteuersystem 108 so konfiguriert, dass es das Batteriesystem 104 über das Lastschnittstellensystem 112 selektiv mit einem oder mehreren der Lasten 114 verbindet, um elektrischen Strom vom Batteriesystem 104 zu liefern.
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In 2A ist ein Beispiel für ein Energiemanagementsystem 100 (z.B. für eine Wohnanwendung, wie ein Haus) gemäß der vorliegenden Offenbarung detaillierter dargestellt. Das Stromverteilungssteuersystem 108 umfasst beispielsweise ein Batteriemanagementsystem (BMS) 200 und ein Hausstrommanagementsystem (HPMS) 204. Das Stromverteilungssteuersystem 108 kann als Stromzähler implementiert werden, der sich außerhalb einer Wohnung oder eines Gebäudes befindet.
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Das BMS 200 ist so konfiguriert, dass es Batteriemanagementvorgänge durchführt, zu denen die Überwachung einzelner Zellen oder Batterien 208 des Batteriesystems 104 und die Steuerung der Stromversorgung durch das Batteriesystem 104 gehören können. In einigen Beispielen überwacht das BMS 200 Spannungen, Temperaturen, Leistungspegel und Strompegel der jeweiligen Batterien 208 und bestimmt dementsprechend verschiedene Betriebsparameter der Batterien 208. So kann das BMS 200 beispielsweise Betriebsparameter bestimmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Grenzwerte für die momentane Lade- und Entladeleistung und den Strom, Grenzwerte für die kurzfristige Lade- und Entladeleistung und den Strom, Grenzwerte für die kontinuierliche Lade- und Entladeleistung und den Strom, Mindest- und Höchstspannungen, Mindest- und Höchstbetriebstemperaturen, usw.
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In einigen Beispielen enthält jede Batterie 208 eine Überwachungs- und Kommunikationsschnittstelle, wie z.B. ein Zellenüberwachungsmodul 212. Das Zellenüberwachungsmodul 212 umfasst beispielsweise verschiedene Sensoren, die zur Überwachung und Messung der Betriebseigenschaften der Batterie 208 (z.B.
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Spannung, Strom, Temperatur usw.) konfiguriert sind, und/oder kommuniziert mit diesen. Jedes der Zellenüberwachungsmodule 212 kommuniziert (z.B. drahtlos) mit dem BMS 200, um dem BMS 200 die gemessenen Betriebseigenschaften mitzuteilen. Das BMS 200 wiederum ist so konfiguriert, dass es selektiv einzelne der Batterien 208 zuschaltet oder trennt, um je nach Systemanforderungen Batteriekapazität hinzuzufügen oder zu entfernen, Fehler in den Batterien 208 zu diagnostizieren usw. Das BMS 200 ist zum Beispiel so konfiguriert, dass es eine fehlerhafte Batterie erkennt und selektiv isoliert.
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Wie dargestellt, kann das Stromverteilungssteuersystem 108 einen DC/DC-Wandler 216 umfassen, der so konfiguriert ist, dass er eine vom Batteriesystem 104 gelieferte und an die Lasten 114 gelieferte Gleichspannung umwandelt (z.B. herabsetzt). Der DC/DC-Wandler 216 kann so konfiguriert werden, dass er abhängig von Steuersignalen arbeitet, die von dem BMS 200 (z.B. über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle) empfangen werden.
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Das HPMS 204 steuert einzelne Schalter (z.B. S1, S2 und S3) einer Schalteranordnung 220, um die Lasten 114 über das Lastschnittstellensystem 112 selektiv mit elektrischem Strom aus dem Batteriesystem 104 zu versorgen. Beispielsweise steuert das HPMS 204 den Schalter S1, um das Batteriesystem 104 über ein Gleichstrom-Schnelllade (direct current fast charging bzw. DCFC)-Modul 228 selektiv mit einem oder mehreren Elektrofahrzeugen (EVs) 224 zu verbinden. Das HPMS 204 steuert den Schalter S2, um das Batteriesystem 104 über einen Wechselrichter 236, der so konfiguriert ist, dass er Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, selektiv mit dem Wechselstromnetz (Hausnetz) 232 zu verbinden. Das HPMS 204 steuert den Schalter S3, um das Batteriesystem 104 über eine Gleichstrom-Ladestation 244 selektiv mit Gleichstromverbrauchern (z.B. Gleichstrom-Elektrowerkzeuge 240, Batterien oder Batterieladestationen usw.) zu verbinden. Zusätzliche Schalter können bei Bedarf selektiv zur Schalteranordnung 220 hinzugefügt werden.
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Auf diese Weise ist das HPMS 204 so konfiguriert, dass es die Lasten 114 selektiv mit Strom aus dem Batteriesystem 104 versorgt, und einer oder mehrere der Lasten 114 können vom Batteriesystem 104, dem Stromnetz 120 und/oder der Solarstromanlage 116 isoliert werden. Darüber hinaus können in einigen Beispielen sowohl das BMS 200 als auch das HPMS 204 das Schalten der Schalteranordnung 220 unabhängig voneinander steuern.
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In dem in 2A gezeigten Beispiel ist weder die Solarstromanlage 116 noch das Stromnetz 120 direkt mit den Lasten 114 und insbesondere mit dem Hausnetz 232 verbunden. Vielmehr sind die Solarstromanlage 116 und das Stromnetz 120 mit dem Batteriesystem 104 verbunden, und das Stromverteilungssteuersystem 108 verbindet selektiv eine oder mehrere Batterien 208 des Batteriesystems 104 mit der Solarstromanlage 116 und dem Stromnetz 120 sowie mit den Lasten 114. Zum Beispiel kann das Batteriesystem 104 im Allgemeinen an die Solaranlage 116 angeschlossen werden, um das Batteriesystem 104 zu laden, und vom Stromnetz 120 getrennt werden. Mit anderen Worten ist der Gleichstrombus 124 vom Stromnetz 120 isoliert, um die Auswirkungen von Schwankungen und Ausfällen im Stromnetz zu minimieren, die Abhängigkeit vom Stromnetz 120 zu minimieren und die Nutzung der von der Solarstromanlage 116 gelieferten elektrischen Energie zu maximieren.
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Das Stromverteilungssteuersystem 108 kann das Batteriesystem 104 selektiv mit dem Stromnetz 120 verbinden (z.B. um den Ladevorgang des Batteriesystems 104 zu ergänzen, als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Batteriesystems 104 unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, als Reaktion auf die Feststellung, dass nicht genügend Strom von der Solaranlage 116 geliefert wird, usw.).
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In einem in 2B gezeigten Beispiel kann die Solarstromanlage 116 und/oder das Stromnetz 120 unter Umgehung des Batteriesystems 104 direkt mit dem Energiemanagementsystem 100 und/oder den Lasten 114 verbunden werden (z.B. als Reaktion auf die Erfassung eines Fehlers im Batteriesystem 104). Beispielsweise kann ein Schalter S4 gesteuert werden (z.B. durch das BMS 200 und/oder das HPMS 204), um das Stromnetz 120 vom Batteriesystem 104 zu trennen und/oder das Stromnetz 120 direkt mit einer oder mehreren der Lasten 114 zu verbinden.
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In ähnlicher Weise kann ein Schalter S5, der zwischen der Solaranlage 116 und dem Energiemanagementsystem 100 angeschlossen ist, gesteuert werden (z.B. durch das BMS 200 und/oder das HPMS 204), um das Batteriesystem 104 selektiv zu trennen und stattdessen die Solaranlage 116 direkt mit dem Energiemanagementsystem 100 zu verbinden. Umgekehrt kann der Schalter S5 so gesteuert werden, dass die Solarstromanlage 116 mit dem Batteriesystem 104 verbunden wird, um die Batterien 208 zu laden.
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In einem in 2C dargestellten Beispiel ist das Energiemanagementsystem 100 für eine industrielle oder gewerbliche Anwendung konfiguriert. Anstelle des HPMS 204 enthält das Stromverteilungssteuersystem 108 beispielsweise ein Unternehmensstrommanagementsystem (enterprise power management system bzw. EPMS) 248. Das Stromverteilungssteuersystem 108 kann als Stromzähler implementiert werden, der sich außerhalb einer industriellen oder kommerziellen Anlage, in einem speziellen Versorgungsraum oder Gebäude usw. befindet. Das EPMS 248 ist so konfiguriert, dass es die Stromversorgung vom Batteriesystem zu den Lasten 114 steuert und die Solaranlage 116 und/oder das Stromnetz 120 in ähnlicher Weise wie das HPMS 204 (siehe oben) selektiv zu- und abschaltet. Auf diese Weise ist das Stromverteilungssteuersystem 108 so konfiguriert, dass es selektiv elektrischen Strom vom Batteriesystem 104 über den gemeinsamen Gleichstrombus 124 an die Lasten 114 liefert.
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In diesem Beispiel gehören zu den Lasten 114 die EVs 224, das Stromnetz der Einrichtung oder des Gebäudes 252 und andere Gleichstromlasten 256 (z.B. Industrie- oder Produktionsanlagen, Datenserver usw.). Beispielsweise umfasst das Lastschnittstellensystem 112 eine Gleichstromlast-Schaltung 260, die so konfiguriert ist, dass sie den vom Stromverteilungssteuersystem 108 empfangenen elektrischen Strom an die Gleichstromlasten 256 liefert.
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Das Batteriesystem 104 kann als Kurzzeitspeicher für die von der Solaranlage 116 erhaltene elektrische Energie dienen. Umgekehrt kann das Batteriesystem 104 und/oder das Stromverteilungssteuersystem 108 auch an ein Langzeitspeichersystem 264 angeschlossen werden (d.h. an ein System, das so konfiguriert ist, dass es eine größere Menge an elektrischer Energie oder die gleiche Menge an elektrischer Energie für einen längeren Zeitraum speichern kann als das Batteriesystem 104). Als ein Beispiel ist das Langzeitspeichersystem 264 als Brennstoffzellen-Energiespeichersystem ausgeführt und umfasst einen Elektrolyseur 268, einen Wasserstoffspeicher 272 und ein Brennstoffzellensystem 276. In anderen Beispielen ist das Langzeitspeichersystem 264 ein turbinengetriebenes System. In einigen Beispielen kann das Langzeit-Energiemanagementsystem 264 weggelassen werden. In anderen Beispielen kann das Energiemanagementsystem 100 mit zwei oder mehr der Batteriesysteme 104 verbunden sein, die jeweils einzeln mit dem Energiemanagementsystem 100 verbunden und von diesem getrennt werden können.
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In einem in 2D gezeigten Beispiel kann das in 2C gezeigte System so konfiguriert werden, dass die Schalter S4 und S5 wie in 2B beschrieben implementiert werden. Beispielsweise kann die Solaranlage 116 und/oder das Stromnetz 120 direkt mit dem Energiemanagementsystem 100 und/oder den Lasten 114 verbunden werden, indem das Batteriesystem 104 umgangen wird (z.B. als Reaktion auf die Erfassung eines Fehlers im Batteriesystem 104). Beispielsweise kann ein Schalter S4 gesteuert werden (z.B. durch das BMS 200 und/oder das EPMS 248), um das Stromnetz 120 vom Batteriesystem 104 zu trennen und/oder um das Stromnetz 120 direkt mit einer oder mehreren der Lasten 114 zu verbinden.
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In ähnlicher Weise kann ein Schalter S5, der zwischen der Solaranlage 116 und dem Energiemanagementsystem 100 angeschlossen ist, gesteuert werden (z.B. durch das BMS 200 und/oder das EPMS 248), um das Batteriesystem 104 selektiv zu trennen und stattdessen die Solaranlage 116 direkt mit dem Energiemanagementsystem 100 zu verbinden. Umgekehrt kann der Schalter S5 so gesteuert werden, dass die Solarstromanlage 116 mit dem Batteriesystem 104 verbunden wird, um die Batterien 208 zu laden. In einigen Beispielen kann das Langzeit-Energiemanagementsystem 264 selektiv direkt mit dem Stromverteilungssteuersystem 108 und/oder den Lasten 114 verbunden werden, um das Batteriesystem 104 zu umgehen.
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In einem in 2E gezeigten Beispiel sind das Batteriesystem 104 und das Stromverteilungssteuersystem 108 nicht an das Stromnetz 120 angeschlossen. In einem in 2F gezeigten Beispiel sind das Batteriesystem 104 und das Stromverteilungssteuersystem 108 mit dem Stromnetz 120 verbunden, aber nicht mit dem Langzeit-Energiemanagementsystem 264.
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In jedem der oben beschriebenen Beispiele kann das Energiemanagementsystem 100 so konfiguriert sein, dass es feststellt, ob es sich bei einer an das Energiemanagementsystem 100 angeschlossenen Energiequelle um eine erneuerbare Energiequelle handelt, und dementsprechend selektiv eine Verbindung zu einer Energiequelle herstellt und Strom von ihr bezieht. So kann das Energiemanagementsystem 100 beispielsweise erneuerbare Energiequellen abhängig von Benutzereingaben oder anderen Eingaben, in den empfangenen Stromsignalen kodierten Daten und/oder anderen erfassten Merkmalen der Stromsignale usw. identifizieren.
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In anderen Beispielen kann das Energiemanagementsystem 100 so konfiguriert sein, dass es zwischen Energiequellen (z.B. dem Stromnetz, einer oder mehreren erneuerbaren Energiequellen usw.) abhängig von Faktoren wie z.B. Benutzerpräferenzen oder -einstellungen, der Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie aus angeschlossenen erneuerbaren Energiequellen, der Feststellung, ob andere Energiequellen als das Stromnetz verfügbar sind, usw. auswählt.
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In anderen Beispielen ist das Energiemanagementsystem 100 so konfiguriert, dass es selektiv mit erneuerbaren Energiequellen arbeitet, basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der verschiedenen erneuerbaren Energiequellen und der zugehörigen Vorbereitung. Einige Energiequellen können beispielsweise nur zu bestimmten Tageszeiten verfügbar sein (z.B. Solarenergie während des Tages, nicht aber in der Nacht), abhängig von äußeren Bedingungen oder Umweltbedingungen usw. Auf diese Weise kann das Energiemanagementsystem 100 vorhersagen, ob Energie aus bestimmten Energiequellen verfügbar sein wird, und entsprechend zwischen dem Stromnetz und erneuerbaren Energiequellen wechseln.
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Die vorstehende Beschreibung ist lediglich erläuternder Natur und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht so eingeschränkt werden, da andere Modifikationen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich sind. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben wird, kann jedes einzelne oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben werden, in einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden, auch wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten schließen sich die beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
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Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden mit verschiedenen Begriffen beschrieben, z.B. „verbunden“, „im Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen intervenierenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere intervenierende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ als logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht-ausschließlichen logischen ODER ausgelegt werden und nicht als „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ verstanden werden.
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In den Figuren zeigt die Richtung eines Pfeils, wie durch die Pfeilspitze angedeutet, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen) an, der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn z.B. Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber die von Element A zu Element B übertragenen Informationen für die Darstellung relevant sind, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil impliziert nicht, dass keine weiteren Informationen von Element B zu Element A übertragen werden. Außerdem kann Element B für Informationen, die von Element A an Element B gesendet werden, Anfragen nach oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
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In dieser Anmeldung kann, einschließlich der nachfolgenden Definitionen, der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich auf ein Modul beziehen, ein Teil davon sein oder enthalten: einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die den von der Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder allen der oben genannten Möglichkeiten, z.B. in einem System-on-Chip.
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Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines beliebigen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) einige Funktionen im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
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Der Begriff Code, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „Schaltung mit gemeinsam genutztem Prozessor“ (shared processor circuit) umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „Gruppenprozessorschaltung“ umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit weiteren Prozessorschaltungen einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf Mehrprozessorschaltungen (multiple processor circuits) umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzigen Chip, mehrere Kerne einer einzigen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzigen Prozessorschaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff „Schaltung mit gemeinsam genutztem Speicher“ (shared memory circuit) umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff „Gruppenspeicherschaltung“ umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit weiteren Speichern einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen speichert.
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Der Begriff „Speicherschaltung“ ist eine Untermenge des Begriffs „computerlesbares Medium“. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie er hier verwendet wird, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (z.B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff „computerlesbares Medium“ kann daher als greifbar/materiell und nicht-transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht-transitorisches, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Festwertspeicherschaltung oder eine Maskenfestwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (z.B. ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z.B. eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
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Die in dieser Anmeldung beschriebenen Geräte und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialcomputer implementiert werden, der durch Konfiguration eines Allzweckcomputers zur Ausführung einer oder mehrerer bestimmter, in Computerprogrammen verkörperter Funktionen gebildet wird. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
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Die Computerprogramme enthalten prozessorausführbare Befehle, die auf mindestens einem nicht-transitorischen, greifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder auf diese zurückgreifen. Die Computerprogramme können ein Basis-Eingabe/Ausgabe-System (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Spezialcomputers interagiert, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Spezialcomputers interagieren, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw.
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Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der geparst werden soll, z.B. HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation) (ii) Assembler-Code, (iii) von einem Compiler aus dem Quellcode generierten Objektcode, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler usw. Der Quellcode kann lediglich zum Beispiel mit der Syntax von Sprachen wie C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5th revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.
