DE102022128886A1 - Batteriesystem, energiesystem und verfahren zum betrieb - Google Patents

Batteriesystem, energiesystem und verfahren zum betrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1), umfassend einen Energiespeicher (10; 110) zur Speicherung elektrischer Energie und einen DC-Anschluss (DC+, DC-), durch den die in dem Energiespeicher (10; 110) gespeicherte elektrische Energie bereitgestellt werden kann oder durch den elektrische Energie im Energiespeicher (10; 110) gespeichert werden kann, mit einer positiv gepolten und einer negativ gepolten Leitung, wobei zumindest eine der positiv gepolten Leitung und der negativ gepolten Leitung einen Haupt- und einen Nebenpfad aufweisen. Ferner ist der DC-Anschluss mit wenigstens einem Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) in dem zumindest einen Hauptpfad vorgesehen und der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) in der jeweiligen gepolten Leitung ist mit einem Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) parallelgeschaltet. Das Batteriesystem zeichnet sich ferner dadurch aus, dass der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) für höhere Leistungen als der entsprechende Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) ausgelegt ist und der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) eine höhere Verlustleistung als der entsprechende Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) aufweist.

Description

  • In den letzten Jahrzehnten gab es einen Trend der Abkehr von Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern. Vielmehr ist es bevorzugt, Energie, insbesondere elektrische Energie, aus erneuerbaren Energiequellen zu erzeugen. Hierbei ist neben kommerziellen Energieerzeugungsanlagen die private Energieerzeugung durch Photovoltaik wesentlich. Diese privat erzeugte elektrische Energie wird vorzugsweise selbst genutzt, um Kosten zu sparen.
  • Dabei wird jedoch die meiste elektrische Energie durch Photovoltaikanlagen in der Mitte des Tages, also wenn der Sonnenstand und die Sonneneinstrahlung am höchsten sind, erzeugt, sodass es sinnvoll ist, nicht sofort verbrauchte elektrische Energie zu speichern, um auch in Zeiten geringerer Sonneneinstrahlung selbst privat erzeugte elektrische Energie nutzen zu können. Insbesondere findet die Speicherung in Batterien bzw. einem Batteriesystem oder auch Energiespeichermodulen statt, die im privaten Haushalt installiert sind. Herkömmlicherweise ist solch ein Batteriesystem aus einem Batteriemanagementmodul und zumindest einem Batteriemodul zusammengesetzt.
  • Ein vorhandenes Batteriesystem stellt hierbei die darin gespeicherte elektrische Energie in Form eines Gleichstroms bereit, der vor einer Verwendung in einem lokalen Energienetz zunächst durch einen Wechselrichter in einen Wechselstrom gewandelt werden muss. Es gibt dabei den Fall, dass die im Batteriesystem gespeicherte elektrische Energie nicht ständig abgerufen wird, sodass das Batteriesystem in einem sogenannten Standby-Betrieb ist. Im Standby-Betrieb fallen trotzdem Verluste an Schaltern an, die in den Gleichstromleitungen zwischen der Batterie selbst und dem Wechselrichter vorhanden sind.
  • Lösungen zum Verringern dieser Verluste über Schalter sind aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
  • Hieraus ergibt sich die technische Aufgabe, Energieverluste bzw. eine Verlustleistung in einem Standby-Betrieb eines Batteriesystems zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Die nebengeordneten und untergeordneten Ansprüche zeigen weitere erfindungsgemäße Aspekte und erfindungsgemäße Weiterbildungen.
  • Das erfindungsgemäße Batteriesystem nach dem Hauptanspruch umfasst hierfür einen Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie, einen DC-Anschluss, durch den die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie bereitgestellt werden kann oder durch den elektrische Energie im Energiespeicher gespeichert werden kann, mit einer positiv gepolten und einer negativ gepolten Leitung, wobei zumindest eine der positiv gepolten Leitung und der negativ gepolten Leitung einen Haupt- und einen Nebenpfad aufweist, wobei der DC-Anschluss mit wenigstens einem Haupttrennschalter in dem zumindest einen Hauptpfad vorgesehen ist, der zumindest eine Haupttrennschalter in der jeweiligen gepolten Leitung mit einem Nebentrennschalter parallelgeschaltet ist, dass der zumindest eine Haupttrennschalter für höhere Leistungen als der entsprechende Nebentrennschalter ausgelegt ist und der zumindest eine Haupttrennschalter eine höhere Verlustleistung als der entsprechende Nebentrennschalter aufweist. Die Verlustleistung wird wesentlich durch die Halteleistung des oder der Haupt- und/oder Nebentrennschalter bestimmt, diese geschlossen zu halten.
  • Der DC-Anschluss des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist mit einem Wechselrichter verbindbar, sodass die in dem Energiespeicher als Gleichstrom gespeicherte elektrische Energie durch einen verbindbaren Wechselrichter in einen im Energienetz nutzbaren Wechselstrom gewandelt werden kann.
  • Der Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie ist ein herkömmlicher Energiespeicher, wie beispielsweise einen Akkumulator bzw. eine Batterie, die die gespeicherte elektrische Energie in chemischer Form speichert.
  • Der DC-Anschluss des Batteriesystems an einen Wechselrichter ist mit einer negativ gepolten Leitung und einer positiv gepolten Leitung ausgeführt, wobei zumindest eine der negativ gepolten Leitung und der positiv gepolten Leitung einen Haupt- und Nebenpfad aufweisen. Der Haupt- und Nebenpfad verlaufen dabei parallel zueinander. Jeder der Hauptpfade ist ferner mit einem Haupttrennschalter versehen.
  • Erstmals ist erfindungsgemäß jeder des zumindest einen Nebenpfads mit einem Nebentrennschalter versehen, wobei die Nebentrennschalter so dimensioniert sind, dass sie für eine geringere Leistung als der zumindest eine Haupttrennschalter des zumindest einen Hauptpfads ausgelegt sind. Mit anderen Worten ist der zumindest eine Haupttrennschalter des zumindest einen Hauptpfads für eine höhere Leistung ausgelegt als der zumindest eine Nebentrennschalter des zumindest einen Nebenpfads. Ferner weist der zumindest eine Haupttrennschalter eine höhere Verlustleistung als der zumindest eine Nebentrennschalter auf.
  • Auf diese Weise ist es möglich, dass, wenn keine Energie über den zumindest einen Hauptpfad vom Energiespeicher über die DC-Anschlüsse aus dem Batteriesystem übertragen wird, den zumindest einen Haupttrennschalter zu öffnen und den zumindest einen Nebentrennschalter zu schließen, sodass entsprechende Verluste verringert werden. Insbesondere ist dies ein vorteilhaftes Vorgehen, wenn ein System, das an das Batteriesystem angeschlossen ist, kurzfristig mit der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie versorgt werden soll und zusätzlich einen sogenannten Zwischenkreis besitzt, der vor einer Nutzung der übertragenen elektrischen Energie aus dem Energiespeicher geladen werden muss. Dieser Zwischenkreis kann durch das Schließen des zumindest einen Nebentrennschalters und folglich durch das Verbinden des Energiespeichers, über den zumindest einen verlustarmen Nebentrennschalter mit dem zu versorgenden System, verlustarm vorgeladen bleiben. Hierdurch ist eine quasi sofortige Inbetriebsetzung möglich, ohne den notwendigen Vorladeprozess ausführen zu müssen.
  • Die Gesamteffizienz des Batteriesystems ist erhöht.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst jede der positiv gepolten Leitung und der negativ gepolten Leitung einen Haupt- und Nebenpfad mit Haupttrennschalter und Nebentrennschalter.
  • Die Ausgestaltung aller gepolten Leitungen mit jeweils einem Hauptpfad mit einem Haupttrennschalter und jeweils einem Nebenpfad mit einem Nebentrennschalter erhöht die Gesamtsicherheit des Batteriesystems, während die Verringerung der Verlustleistung bestehen bleibt.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Batteriesystem Sicherungen jeweils im Haupt und im Nebenpfad, die entsprechend des maximal zulässigen Stroms des jeweiligen Schalters, Haupt- und Nebentrennschalter, ausgewählt sind.
  • Die vorgenannten Sicherungen im Hauptpfad sind dabei auf den maximal durch die Haupttrennschalter leitbaren Strom ausgelegt. Die Sicherungen im Nebenpfad sind auf den maximal durch die Nebentrennschalter leitbaren Strom ausgelegt. Diese Auslegung ist vorteilhaft, da die Schalter als teurere Bauteile vor einer Zerstörung durch einen zu hohen Strom geschützt werden.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Batteriesystem eine Sicherung, die so vor einer Verzweigung in Haupt- und Nebenpfad in einer Leitung des DC-Anschlusses angeordnet ist, dass sie sowohl den Haupt- als auch den Nebenpfad absichert, wobei die Sicherung auf den maximal zulässigen Strom des Haupttrennschalters dimensioniert ist.
  • Im Allgemeinen wird beim erfindungsgemäßen Batteriesystem dann ein höherer Strom aus dem Energiespeicher abgerufen, wenn der Haupttrennschalter geschlossen ist, da dieser für die hauptsächliche Energieübertragung aus dem Energiespeicher zu einem zu versorgenden Gerät genutzt wird. Somit kann der DC-Anschluss durch eine Sicherung, die auf den maximal zulässigen Strom des Haupttrennschalters ausgelegt ist, das Gesamtsystem schützen.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Batteriesystem so ausgestaltet, dass zumindest in einem Nebenpfad ein Widerstand vorhanden ist und der jeweilige Widerstand im Nebenpfad als Vorladewiderstand nutzbar ist.
  • Durch den Widerstand im Nebenpfad, der als Vorladewiderstand genutzt werden kann, ist es insbesondere möglich, dass nach einem Anschließen des Batteriesystems an ein zu versorgendes Gerät mit vorzuladendem Zwischenkreis das Vorladen des Zwischenkreises über den Vorladewiderstand, und mittels hieraus resultierenden kleinen fließenden Strömen, sicher und verlustarm durchgeführt werden kann.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Batteriesystem so ausgestaltet, dass der im Nebenpfad befindliche Widerstand mit einer Vorladeüberbrückung überbrückbar ist.
  • Mittels der Vorladeüberbrückung in dieser Ausführungsform lässt sich ein Vorladewiderstand überbrücken, um Verluste durch den Widerstand im Standby-Betrieb zu vermeiden.
  • Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Batteriesystem so ausgestaltet, dass der zumindest eine Nebenpfad mit einem Widerstand (115, 118) parallelgeschaltet ist und der Widerstand, der parallel mit dem Nebenpfad geschaltet ist, als Vorladewiderstand nutzbar ist.
  • Anstelle eines Vorladewiderstands in dem zumindest einen Nebenpfad ist es ebenfalls möglich, dass der Nebenpfad mit einem Widerstand parallelgeschaltet ist. Somit wird, solange weder Haupt- noch Nebentrennschalter geschlossen sind, der Zwischenkreis eines angeschlossenen Geräts vorgeladen. Sobald der Zwischenkreis vorgeladen ist, ist es möglich diese Ladung verlustarm zu halten, indem der Nebentrennschalter geschlossen wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass statt des Widerstands zur Vorladung auch eine z.B. elektronische Schaltung zur Strombegrenzung im Rahmen einer Vorladung eingesetzt werden kann. Der Begriff Widerstand wird hier beispielhaft verwendet, da er die notwendige Funktion der Strombegrenzung im Rahmen einer Zwischenkreisvorladung als Schutz vor Zerstörung der verwendeten Komponenten gut beschreibt.
  • Ein Aspekt der Erfindung befasst sich mit einem Energiesystem mit einem Teilnetz mit einem Wechselrichter und einem Batteriesystem, und einem Netztrennschalter, um das Teilnetz von einem Energieversorgungsnetz zu trennen.
  • Bei dem Energiesystem mit einem Teilnetz nach dem vorstehenden Aspekt kann das Teilnetz beispielsweise als ein häusliches Energiesystem angesehen werden. Der Wechselrichter kann dabei ein herkömmlicher Wechselrichter sein, der zumindest als DC/AC-Wandler. Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, dass das Laden des Energiespeichers des Batteriesystems über diesen Wechselrichter vorgesehen ist, sodass zusätzlich eine Gleichrichterfunktion im Sinne eines AC/DC-Wandlers beim Wechselrichter vorgesehen ist. Es ist aber ebenso möglich, dass der Energiespeicher des Batteriesystems über einen DC/DC-Wandler geladen wird. Im Fall eines DC/DC-Wandlers zum Laden des Energiespeichers wird der Wechselrichter lediglich als DC/AC-Wandler benötigt.
  • Der Netztrennschalter ist ein AC-Schalter, der auf die maximale Leistung des Teilnetzanschlusses an das Energieversorgungsnetz ausgelegt ist. Insgesamt bietet das Energiesystem alle bereits beschriebenen Vorteile des Batteriesystems. Zusätzlich ist es möglich, dass die Verluste im Energiesystem durch das Batteriesystem verringert werden und die größtmögliche Energie aus dem Batteriesystem für das Teilnetz zur Verfügung steht. Es ergeben sich sowohl ökologische Vorteile, indem weniger elektrische Leistung aus dem Energieversorgungsnetz genutzt wird, als auch ökonomische Vorteile, da die durch ein eventuelles häusliches Photovoltaiksystem erzeugte elektrische Energie effizient selbst genutzt werden kann und keine Kosten durch aus dem Energieversorgungsnetz bezogene elektrische Leistung entstehen.
  • Eine Ausführungsform des Energiesystems umfasst einen ersten Betriebszustand mit geschlossenen Nebentrennschaltern und geöffneten Haupttrennschaltern und einen zweiten Betriebszustand mit geöffneten Nebentrennschaltern und geschlossenen Haupttrennschaltern.
  • Diese Ausführungsform stellt zwei grundlegende Betriebszustände des Energiesystems dar. Im ersten Betriebszustand sind die Nebentrennschalter geschlossen, also leitend, während die Haupttrennschalter geöffnet sind, also nicht-leitend. Auf diese Weise wird alle elektrische Energie, die von dem Batteriespeicher über die DC-Leitung zu einer zu versorgenden Vorrichtung, oder andersherum, geleitet wird, über den verlustarmen Nebentrennschalter geleitet, wobei die über den Nebentrennschalter leitbare Leistung durch die Art des Schalters begrenzt ist.
  • Im zweiten Betriebszustand sind die Nebentrennschalter geöffnet, also nicht-leitend, während die Haupttrennschalter geschlossen sind, also leitend. Im zweiten Betriebszustand wird alle elektrische Energie, die von dem Batteriespeicher über die DC-Leitung zu einer zu versorgenden Vorrichtung, oder andersherum, geleitet wird, über den verlustreicheren Haupttrennschalter geleitet. Hierbei ist insbesondere die Leistung bzw. Energie relevant, die aufgewendet werden muss, den für größere Leistung ausgelegten Haupttrennschalter geschlossen zu halten (sog. Halteleistung), welche wesentlich größer ist als die entsprechende Leistung beim kleineren Nebentrennschalter.
  • Der erste Betriebszustand wird aufgrund der geringeren Verluste insbesondere als Standby-Betrieb verwendet, in dem die übertragene Leistung und die Verluste klein sind. Der zweite Betriebszustand ist für einen Betrieb geeignet, in dem eine höhere Leistung zwischen Energiespeicher und zu versorgender Vorrichtung geleitet werden soll, wobei zwar höhere Verluste durch die verlustreicheren Haupttrennschalter anfallen, jedoch durch die Eignung des Haupttrennschalters für höhere Leistungen eine höhere Leistung übertragen werden kann.
  • In einer Ausführungsform des Energiesystems ist im ersten Betriebszustand der Netztrennschalter geöffnet und im zweiten Betriebszustand der Netztrennschalter geschlossenen.
  • Da der erste Betriebszustand für einen Standbybetrieb geeignet ist, in dem keine bzw. kaum Leistung fließt, ist es vorteilhaft, den Netztrennschalter zu öffnen. Im zweiten Betriebszustand ist der Netztrennschalter geschlossen, um eine Leistungsübertragung zwischen dem Energiespeicher und einem verbundenen Energieversorgungsnetz zu ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform des Energiesystems umfasst das Energiesystem einen dritten Betriebszustand, bei dem der Nebentrennschalter zum Vorladen eines Zwischenkreises des Wechselrichters geschlossen ist.
  • Dieser dritte Betriebszustand ist insbesondere dann aktiviert, wenn ein Zwischenkreis des Wechselrichters vorgeladen werden soll. In diesem Fall kann unabhängig von der Stellung des Netztrennschalters der Nebentrennschalter geschlossen sein, sodass ein Kondensator oder ein ähnliches Bauteil in dem Zwischenkreis geladen werden kann. Auf diese Weise können Schädigungen der Zwischenkreisbauteile und der Leistungselektronik im Wechselrichter vermieden werden.
  • Ein Aspekt der Erfindung zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Schritten
    • i) Aktivieren und Beibehalten des ersten Betriebszustands, wenn der Wechselrichter keine Leistung wandelt,
    • ii) Aktivieren und Beibehalten des zweiten Betriebszustands, wenn der Wechselrichter Leistung aus dem oder in den Energiespeicher wandelt.
  • Dieser Aspekt der Erfindung befasst sich mit Betriebsverfahren zum Betreiben insbesondere der Bauteile des Energiesystems im Zusammenspiel mit einem an dieses Energiesystem angeschlossenen Wechselrichters. Die beiden Schritte des Verfahrens können beliebig lange gehalten werden und wechseln sich ab. Der erste Schritt ist dabei der Schritt, der ausgeführt wird, wenn keine Leistung des Energiespeichers über den Wechselrichter gewandelt wird oder Leistung über den Wechselrichter in den Energiespeicher gespeist wird. Das Energiesystem ist im ersten Betriebszustand in einem Standbybetrieb, wodurch auch der erste Schritt des Betriebsverfahren als ein Standbyschritt gesehen werden kann. Der zweite Schritt des Betriebsverfahrens wird aktiviert, wenn eine Leistungsübertragung zwischen dem Energiespeicher und dem Wechselrichter stattfindet. In diesem Fall wird der zweite Betriebszustand aktiviert.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Betriebsverfahren, wenn der zweite Betriebszustand aktiviert ist, zum Wechseln in den ersten Betriebszustand die Schritte:
    • Deaktivieren einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters,
    • Öffnen des Netztrennschalters,
    • Schließen der Nebentrennschalter, und
    • Öffnen der Haupttrennschalter.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, dient der zweite Betriebszustand der Leistungsübertragung zwischen dem Energiesystem und dem Wechselrichter. Diese Leistungsübertragung gilt es beim Herbeiführen des ersten Betriebszustand zu beenden. Hierfür wird zunächst die Wechselrichterbrücke des Wechselrichters deaktiviert, sodass keine Wandlung mehr stattfindet und im Wesentlichen die Leistungsübertragung in oder aus dem Teilnetz beendet wird. Nun wird der Netztrennschalter geöffnet, sodass das Energiesystem nun vollständig vom Teilnetz getrennt ist und ein Leistungsfluss nicht mehr möglich ist. Um zu verhindern, dass sich der Zwischenkreis nun in jedweder Weise entlädt, werden nun zuerst die Nebentrennschalter geschlossen und nachfolgend die Haupttrennschalter geöffnet. Eine Ladung des Zwischenkreises des Wechselrichters bleibt bestehen, sodass ein schneller Wechsel vom ersten in den zweiten Betriebszustand durchgeführt werden kann. Hierbei treten durch die verlustarmen geringen Nebentrennschalter nur kleine Verluste auf.
  • Es ist allerdings ebenso denkbar, dass das Öffnen des Netztrennschalters ausbleibt, sodass eine Rückkehr aus dem ersten in den zweiten Betriebszustand ohne ein Schließen des Netztrennschalters stattfinden kann, was die Reaktionsfähigkeit des Systems noch weiter beschleunigt.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Betriebsverfahren, wenn der erste Betriebszustand aktiviert ist, ein Wechsel in den zweiten Betriebszustand die Schritte:
    • Schließen der Haupttrennschalter,
    • Öffnen der Nebentrennschalter,
    • Schließen des Netztrennschalters, und
    • Aktivieren der Wechselrichterbrücke des Wechselrichters.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, dient der erste Betriebszustand dem Standbybetrieb des Wechselrichters. Um vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand zu wechseln, muss folglich auf sichere Weise die Leistungswandlung und -übertragung gestartet werden. Hierfür werden ausgehend vom ersten Betriebszustand die Haupttrennschalter geschlossen, sodass ein größerer Leistungsfluss vom Energiespeicher zum Wechselrichter ermöglicht wird. Nun können die Nebentrennschalter geöffnet werden, da der Leistungsfluss über die Haupttrennschalter gesichert ist. Im nächsten Schritt wird der Netztrennschalter geschlossen, sodass beispielsweise Netzparameter gemessen werden können. Es ist alternativ möglich, dass Netzparameter vor dem Schließen des Netztrennschalters gemessen werden. Nachfolgend wird die Wechselrichterbrücke des Wechselrichters angesteuert, um beispielsweise eine Stromwandlung in Richtung des Teilnetzes zu ermöglichen.
  • Es sollte verstanden werden, dass jede Ausführungsform des Batteriesystems beim Energiesystem nach jeder Ausführungsform verwendbar ist, außer es stehen dieser Kombination technische Gründe entgegen. Ferner ist die Benennung in Haupt- und Nebenpfad und derer Bauteile willkürlich und nicht wertend gemeint, sodass auch der Nebenpfad, falls so benannt, für den größeren Leistungsfluss verwendet sein kann und der Hauptpfad für einen verlustarmen Standby-Zustand.
  • Ferner können sich im Teilnetz mit dem Batteriesystem und dem Wechselrichter noch weitere Energieerzeuger bzw. Lasten befinden, die zwischen dem Wechselrichter und dem Netztrennschalter angeschlossen sind. Es ist ebenfalls möglich, dass noch weitere DC-Quellen im System angeschlossen sind. Diese können beispielsweise durch PV-Panels, eine andere regenerative DC-Quelle o.ä. gebildet sein. Die vorgenannten optionalen Komponenten sind nicht abschließend gemeint und werden aus Gründen der Verständlichkeit und Übersichtlichkeit ausgelassen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe der Figuren dargestellt, wobei
    • 1 und 2 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem zeigen, und
    • 3 ,4 und 5 erfindungsgemäße Energiesysteme mit Batteriesystemen nach verschiedenen Ausführungsformen zeigen.
  • Im Folgenden werden die Figuren detailliert erläutert.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 nach einer Ausführungsform. Das Batteriesystem 1 umfasst dabei einen Energiespeicher 10, der DC-Anschlüsse DC+, DCaufweist, einem DC-Ausgang 17 und jeweilig zwischen den DC-Anschlüssen DC+, DC- und dem DC-Ausgang 17 angeordneten Sicherungen 11, 14. Der DC-Anschluss DC+ ist über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einem Haupttrennschalter 12 und einen Nebenpfad mit einem Nebentrennschalter 13, mit einem DC-Ausgang 17 verbinden.
  • 2 zeigt ebenfalls ein erfindungsgemäßes Batteriesystem nach einer Ausführungsform. Im Unterschied zum Batteriesystem in 1, ist beim Batteriesystem 1 in 2, analog zum DC-Anschluss DC+, der DC-Anschluss DC- über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einem Haupttrennschalter 15 und einen Nebenpfad mit einem Nebentrennschalter 16, mit dem DC-Ausgang 17 verbunden.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Energiesystem 100 nach einer Ausführungsform mit einem Batteriesystem, das von dem in 1 gezeigten Batteriesystem verschieden ist. Auch das in 2 gezeigte und beim Energiesystem 100 angeschlossene Batteriesystem umfasst einen Energiespeicher 110, der DC-Anschlüsse DC+, DC- aufweist, und einem DC-Ausgang 119. Der DC-Anschluss DC+ ist über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einer Sicherung 111 und einem Haupttrennschalter 113 und einen Nebenpfad mit einer zweiten Sicherung 112und einem Nebentrennschalter 114, mit dem DC-Ausgang 119 verbinden. Analog hierzu ist der DC-Anschluss DC- über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einer Sicherung 111a und einen Haupttrennschalter 116 und einen Nebenpfad mit einer Sicherung 112aund einem Nebentrennschalter 13, mit dem DC-Ausgang 119 verbunden.
  • An den DC-Ausgang 119 ist ferner ein Wechselrichter 120 angeschlossen, der einen Zwischenkreis 121 und eine Wechselrichterbrücke 122 umfasst. Der Wechselrichter 120 ist über einen Netztrennschalter 124 mit einem Energieversorgungsnetz 123 verbunden.
  • 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Energiesystem 100 nach einer Ausführungsform mit einem Batteriesystem, das von dem in 1 gezeigten Batteriesystem verschieden ist. Auch das in 4 gezeigte und beim Energiesystem 100 angeschlossene Batteriesystem umfasst einen Energiespeicher 110, der DC-Anschlüsse DC+, DC- aufweist, und einem DC-Ausgang 119. Der DC-Anschluss DC+ ist über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einer Sicherung 111 und einem Haupttrennschalter 113 und einen Nebenpfad mit einer zweiten Sicherung 112 und einem Nebentrennschalter 114 sowie einen parallel verlaufenden Nebenpfad mit einem Vorladewiderstand 118, mit dem DC-Ausgang 119 verbinden. Analog hierzu ist der DC-Anschluss DC- über parallel zueinander verlaufende Pfade, einen Hauptpfad mit einer Sicherung 111a und einen Haupttrennschalter 116 und einen Nebenpfad mit einer Sicherung 112a und einem Nebentrennschalter 13 sowie einem parallel verlaufenden Nebenpfad mit dem Vorladewiderstand 115, mit dem DC-Ausgang 119 verbunden. Grundsätzlich ist es ausreichend nur einen Vorladewiderstand 115 oder 118 zu verwenden, der den Vorladestrom geeignet begrenzt. In dieser Ausführungsform führt der DC-Ausgang 119 permanent Spannung, entweder über Haupt- oder Nebenpfad oder über den Vorladewiderstand. Ergänzt könnte diese Ausführung noch über einen weiteren hier nicht dargestellten Vorladetrennschalter zur Unterbrechung des Vorladezweigs werden. Eine weitere Alternative ist in 5 dargestellt.
  • 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Energiesystem 100 mit einem Batteriesystem nach einer Ausführungsform. Im Unterschied zum Energiesystem in 4 sind die Vorladewiderstände 115 und 118 jeweils in den Nebenpfad integriert und werden über die Überbrückungsschalter 114a, 117a nach Beendigung der Vorladung überbrückt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batteriesystem
    10
    Energiespeicher
    11
    Sicherung
    12
    Haupttrennschalter
    13
    Nebentrennschalter
    14
    Sicherung
    15
    Haupttrennschalter
    16
    Nebentrennschalter
    17
    DC-Ausgang
    100
    Energiesystem
    110
    Energiespeicher
    111
    Sicherung
    111 a
    Sicherung
    112
    Sicherung
    112a
    Sicherung
    113
    Haupttrennschalter
    114
    Nebentrennschalter
    115
    Vorladewiderstand
    116
    Haupttrennschalter
    117
    Nebentrennschalter
    118
    Vorladewiderstand
    119
    DC-Ausgang
    120
    Wechselrichter
    121
    Zwischenkreis
    122
    Wechselrichterbrücke
    123
    Energieversorgungsnetz
    124
    Netztrennschalter
    114a
    Vorladeüberbrückung
    117a
    Vorladeüberbrückung
    DC+, DC-
    DC-Anschlüsse

Claims (15)

  1. Batteriesystem (1), aufweisend einen Energiespeicher (10; 110) zur Speicherung elektrischer Energie, einen DC-Anschluss (DC+, DC-), durch den die in dem Energiespeicher (10; 110) gespeicherte elektrische Energie bereitgestellt werden kann oder durch den elektrische Energie im Energiespeicher (10; 110) gespeichert werden kann, mit einer positiv gepolten und einer negativ gepolten Leitung, wobei zumindest eine der positiv gepolten Leitung und der negativ gepolten Leitung einen Haupt- und einen Nebenpfad aufweist, wobei der DC-Anschluss mit zumindest einem Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) in dem zumindest einen Hauptpfad vorgesehen ist, der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) in der jeweiligen gepolten Leitung mit einem Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) parallelgeschaltet ist, der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) für höhere Leistungen als der entsprechende Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) ausgelegt ist und der zumindest eine Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) eine höhere Verlustleistung als der entsprechende Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) aufweist.
  2. Batteriesystem nach Anspruch 1, wobei jede der positiv gepolten Leitung und der negativ gepolten Leitung einen Haupt- und Nebenpfad mit Haupttrennschalter (12, 15; 113, 116) und Nebentrennschalter (13, 16; 114, 117) umfasst.
  3. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei Sicherungen (111, 111a, 112, 112a) jeweils im Haupt- und im Nebenpfad, die entsprechend des maximal zulässigen Stroms des jeweiligen Schalters, Haupt- und Nebentrennschalter, ausgewählt sind, umfasst.
  4. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Sicherung (11, 14) vor einer Verzweigung in Haupt- und Nebenpfad in einer Leitung des DC-Anschlusses (DC+, DC-) angeordnet ist, so dass sie den Haupt- und den Nebenpfad absichert, und die Sicherung auf den maximal zulässigen Strom des Haupttrennschalters (12, 15; 113, 116) dimensioniert ist.
  5. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in zumindest einem Nebenpfad ein Widerstand (115, 118) vorhanden ist und der jeweilige Widerstand (115, 118) im Nebenpfad als Vorladewiderstand nutzbar ist.
  6. Batteriesystem nach Anspruch 5, wobei der im Nebenpfad befindliche Widerstand (115, 118) mit einer Vorladeüberbrückung (114a, 117a) überbrückbar ist.
  7. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest eine Nebenpfad mit einem Widerstand (115, 118) parallelgeschaltet ist und der Widerstand (115, 118), der parallel mit dem Nebenpfad geschaltet ist, als Vorladewiderstand nutzbar ist.
  8. Energiesystem (100) mit einem Teilnetz mit einem Wechselrichter (120) und einem Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und einem Netztrennschalter (124), um das Teilnetz von einem Energieversorgungsnetz (123) zu trennen.
  9. Energiesystem nach Anspruch 8, wobei das Energiesystem (100) aufweist einen ersten Betriebszustand mit geschlossenen Nebentrennschaltern (114, 117) und geöffneten Haupttrennschaltern (113, 116) und einen zweiten Betriebszustand mit geöffneten Nebentrennschaltern (114, 117) und geschlossenen Haupttrennschaltern (113, 116).
  10. Energiesystem nach Anspruch 9, wobei im ersten Betriebszustand der Netztrennschalter (124) geöffnet ist und im zweiten Betriebszustand der Netztrennschalter (124) geschlossenen ist.
  11. Energiesystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wenn versehen mit einem Batteriesystem nach Anspruch 5, wobei das Energiesystem einen dritten Betriebszustand aufweist, bei dem der Nebentrennschalter (114, 117) zum Vorladen eines Zwischenkreises des Wechselrichters geschlossen ist.
  12. Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems nach einem der Ansprüche 8 bis 11, aufweisend die Schritte i) Aktivieren und Beibehalten des ersten Betriebszustands, wenn der Wechselrichter keine Leistung wandelt, ii) Aktivieren und Beibehalten des zweiten Betriebszustands, wenn der Wechselrichter Leistung aus dem oder in den Energiespeicher wandelt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei, wenn der zweite Betriebszustand aktiviert ist, ein Wechsel in den ersten Betriebszustand die Schritte aufweist: Deaktivieren einer Wechselrichterbrücke (122) des Wechselrichters (120), Öffnen des Netztrennschalters (124), Schließen der Nebentrennschalter (114, 117), und Öffnen der Haupttrennschalter (113, 116).
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei, wenn der erste Betriebszustand aktiviert ist, ein Wechsel in den zweiten Betriebszustand die Schritte aufweist: Schließen der Haupttrennschalter (113, 116), Öffnen der Nebentrennschalter (114, 117), Schließen des Netztrennschalters (124), und Aktivieren der Wechselrichterbrücke (122) des Wechselrichters (120).
  15. Steuergerät zum Steuern eines Energiesystems nach einem der Ansprüche 8 bis 11 mit einem Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
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