DE202017104108U1

DE202017104108U1 - Universales Batteriespeichersystem

Info

Publication number: DE202017104108U1
Application number: DE202017104108.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-07-21
Anticipated expiration: 2027-07-11

Abstract

Universales Batteriespeichersystem für die Einbindung von verschiedenen erneuerbaren Energieerzeugern in Verbindung mit unterschiedlichen elektrischen Energieverbrauchern dadurch gekennzeichnet, – dass das Universale Batteriespeichersystem eine Einbindung von verschiedenen erneuerbaren Energieerzeugern mit unterschiedlichem Spanungsniveau erlaubt,

Description

Bereich: Elektrische Energiespeicher, Elektrotechnik, Einsatz regenerativer Energien.
Auf dem Markt sind verschiedene Batteriespeichersysteme für die unterbrechungsfreie Energieversorgung vorhanden. Grundsätzlich sind solche Systeme an bestimmte Batterietypen und an entsprechend passende Laderegler angepasst. Die Arbeitsbedingungen und Einstellungen müssen von Fachkräften angepasst werden. Die Systemlebensdauer ist stark abhängig von den Umgebungsbedingungen und dem Energieerzeuger- und Verbraucherverhalten.
Mit dem hier beschriebenen System können verschiedene elektrische Energieerzeuger und Verbraucher an ein Universales Batteriespeichersystem angeschlossen werden.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde ein flexibles System für die Anbindung von verschiedenen Energieerzeugern und -Verbrauchern bereitzustellen.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine kompakte und robuste technische Lösung für den Einsatz im privaten und industriellen Sektor, mit der Bereitstellung von Schnittstellen für den Anschluss von verschiedenen elektrotechnischen Systemen und Komponenten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Lösung für eine universale Schnittstelle zu schaffen, um die Integration von allen elektrotechnischen Systemen für das dezentrale Energieversorgungskonzept bereitzustellen. Dieses Problem wird durch die in den Schutzansprüchen 1, 2 und 3 aufgeführten Merkmale gelöst.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die beigefügte Zeichnung, der technische Inhalt und die detaillierte Beschreibung beziehen sich auf eine bevorzugte Ausführungsform, was jedoch nicht als Beschränkung des Erfindungsgegenstandes aufzufassen ist. Alle gleichwertigen Variationen und Änderungen, die entsprechend den beigefügten Ansprüchen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, sind durch diese Ansprüche abgedeckt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 zeigt eine Übersichtsdarstellung vom Universalen Batteriespeichersystem.
In 1 ist eine Erfindung anhand eines Beispiels von einer Einrichtung mit sechs Batterie Banks je 50 Ah Ladekapazität und 12 V Nennspannung dargestellt. Grundsätzlich kann die in den Schutzansprüchen 1, 2 und 3 erläuterte Erfindung mit verschiedener Batterieanzahl und -Konstellation aufgebaut werden.
Im folgenden Beispiel ist es möglich das abgebildete System mit verschiedenem Spanungsniveau (24/48/96 V DC) zu laden und zu entladen. Die Lade- und Entladespannungsänderung wird durch eingesteuerte Leistungsschaltgeräte ausgeführt. Wie z.B. IGBT (Variante A), MOSFET (Variante B), Transistoren (Variante C), Relais (Variante D) etc.
Beim Laden/Entladen von Batterien ist es erwünscht bei höherer elektrischer Leistung von Energieerzeuger und -Verbraucher die Batterien mit einer höheren Ladespannung aufzuladen, um gefährlich hohe Ladeströme zu vermeiden.
Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht soll der Batterielade-Entladestrom in einem gewissen Bereich bleiben. Der Grund dafür ist, dass die leere Batterie mindestens in 10 bis 20 Stunden aufgeladen oder entladen sein soll. Bei schnelleren Vorgängen würde die Batterielebensdauer drastisch reduziert werden.
Eine Kombination aus einer Reihen- und einer Parallelschaltung ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Erreichung einer bestimmten Spannung und Speichersystemkapazität. Durch die Parallelschaltung erhält man die benötigte Gesamtkapazität und durch die Serienschaltung die gewünschte Betriebsspannungshöhe des Batteriespeichers.
Im Beispiel sind 6 Batterien mit je 12 Volt und 50Ah Nennkapazität dargestellt. Das ganze System kann mit einer kleinen Steuerung eingesteuert werden. Die Spannungsebene und die Batteriesystemkapazität ist durch Batteriezellenverschaltung in der Reihe und parallel durchgeführt. Dafür sind neun Leistungsschalter vorgesehen. Entsprechend der aufgenommenen Strom- und Spannungsmesswerte sind die Leistungsschalter durch Steuerung ein- bzw. ausgeschaltet.

Die Leistungsschalterpositionen werden entsprechend der Schalttabelle ausgeführt. Die Leistungsschalter sind von 1 bis 9 nummeriert.

Die Spannungsänderung bei verschiedener Batterienverschaltung
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
24 V DC	OFF	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF
48 V DC	OFF	ON	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	OFF
96 V DC	OFF	ON	ON	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF
Änderung der Stromkapazität des Batteriesystems bei 24 V Ladespannung
100 Ah	OFF	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF
200 Ah	ON	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	ON	OFF
300 Ah	ON	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	ON	ON	ON

Das System ist einfach beim Aufbau und die Module können leicht ein- und ausgebaut werden. Falls eine noch höhere Lade- und Entladespannung erwünscht wird – muss die in den Schutzansprüchen 1, 2 und 3 erläuterte Erfindung nur durch zusätzliche Batterien und Leistungsschalter erweitert werden.
Die eingebaute Steuerung überwacht die Batterietemperatur-, Strom- und Spannungsmesswerte, steuert die Leistungsschalter, und führt das Batteriemanagementsystem aus. Bei Überschreitung von Stromgrenzwerten wird durch die Umschaltung von den Leistungsschaltern die Batteriesystemspannung stufenweise erhöht, von 24 V auf 48 V DC, danach auf 96 V DC (192 V DC etc.) und umgekehrt.
Das Universale Batteriespeichersystem ist auf Grund seines einfachen Aufbaus funktional ausgestattet (keine zusätzlichen Umrichter und Wechselrichter) und es kann mit sehr geringen Kosten hergestellt werden.
Weitere Vorteile des Universalen Batteriespeichersystems umfassen:

1. Flexible Anpassung an das jeweilige Projekt und die Kundenwünsche
2. Die flexible Schnittstellen: – es können verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen Energieversorgungsanforderungen (24/48/96 V DC und 230/400 V AC) eingebunden werden
3. Der modulare Aufbau ermöglicht eine einfache Konfiguration entsprechend den Anforderungen des Auftraggebers

Die Vorrichtung bietet eine redundante und zuverlässige technische Lösung um den sicheren Betrieb von dezentralen Energieversorgungssystemen zu gewährleisten. Die Erfindung bietet eine hohe Verfügbarkeit dank des redundanten Batteriesystems mit fortschrittlichem Batteriemanagementsystem. Diese Entwicklung soll den Einsatz umweltschonender, regenerativer Energiequellen in verschiedenen privaten und industriellen Bereichen fördern.
Das System ist besonders geeignet für Privathaushalte, Gewerbe- und Landwirtschaftsbetriebe um die Probleme zu lösen, die bei der Anbindung von erneuerbaren Energien an bestehenden Infrastrukturen entstehen, und um die erzeugte Energie lokal zu verbrauchen.

Claims

Universales Batteriespeichersystem für die Einbindung von verschiedenen erneuerbaren Energieerzeugern in Verbindung mit unterschiedlichen elektrischen Energieverbrauchern dadurch gekennzeichnet, – dass das Universale Batteriespeichersystem eine Einbindung von verschiedenen erneuerbaren Energieerzeugern mit unterschiedlichem Spanungsniveau erlaubt,
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Vorrichtung Steuerung, Schutzgeräte, sowie DC/DC, AC/DC und DC/AC-Wandler, Messgeräte und Kommunikationseinheiten umfasst, die in einem Schaltschrank als Sogenanntes integriert sind,
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das System eine funktionale und kompakte Lösung mit einem einfachen Austausch von Modulen und vielen Erweiterungsmöglichkeiten bietet,
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, – dass durch ein technisch effektiver Einsatz von Leistungsschaltern (MOSFET, IGB, Triacs, Leistungsrelais etc.), die durch kleine Steuerungseinheiten gesteuert werden, es ermöglicht wird verschiedene Konstellationen (parallel und in der Reihe) von Batterie Banks zu erschaffen. Durch verschiedene Verschaltungen können beliebige Lade- und Entladespannungen der Batterie erreicht werden,
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, – dass das vorliegende System in seiner Größe auf Einzelhaushalte, kleinere Werkstätten und Gewerbe oder landwirtschaftliche Einrichtungen zugeschnitten ist.