DE3112207A1 - Zink-chlor-batterieanlage und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Zink-chlor-batterieanlage und verfahren zum betreiben derselben

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Description

3T12207
Zink-Chlor-Batterieanlage und Verfahren zum Betreiben derselben
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein gesagt auf elektrochemische Zellen, genauer gesagt auf Zink-Chlor-Batterien, die zu einer Batterieanlage zusammengefaßt sind.
Aufgrund des ansteigenden Strombedarfes und der Abnahme der zur Verfügung stehenden Menge (und der ansteigenden Kosten) an Destillatöl und Erdgas besteht ein Bedarf nach Alternativverfahren zur Stromerzeugung bei Spitzenbelastung· Gegenwärtig wird der for Spitzenlasten erzeugte Strom von Dieselmotoren und Verbrennungsturbinen geliefert, die mit Destillat-Sl und Erdgas arbeiten« Ein derartiges Verfahren betrifft die Verwendung von Sekundärenergiespeicherbatterien, um bei Grundlast während der Nacht oder außerhalb der Spitzenzeiten erzeugten Strom zu speichern und diese Batterien während der Spitzenbelastung des Netzes zu entladen· Die gegenwärtig für diesen Zweck in Frage kommenden Sekundärenergiespeicherbatterien umfassen BlBi-Säure-, Lithium-Eisensulfid-, Natriumschwefel-, Natrium-Chlorid- und Zink-Chlor-Batterien. Damit diese Batterien für den hier in Rede stehenden Anwendungszweck eingesetzt werden können, müssen sie zu Batterieanlagen zusammengefaßt werden, die in der Lage sind, bei einer einzigen Entladung elektrische Energie im Bereich von 100 Megawattstunden zu liefern« Diese Zusammenfassung wird
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normalerweise dadurch verwirklicht, daß man eine große Anzahl von Zellen zu «odulartigen Einheiten kombiniert und eine geeignete Anzahl von diesen Moduln miteinander verbindet»
Eines der Hauptprobleme bei einer derartigen Zusammenfassung von Batterien besteht in der Betriebssicherheit der Anlage. Dia Betriebssicherheit ist normalerweise abhängig von der Zahl d«r Ausfall· der Öatttirinmodu.ln. Da diese Modu.In normalerweise in Reihe geschaltet sind und Batteriereihen bilden, wird durch das Versagen eines einzigen Module dif) gesamte Batteriereihe in Mitleidenschaft gezogen· Wenn das Versagen derart ist, daß die Batteriereihe von dem In dor Batterieanlage fließenden elektrischen Strom abgeschaltet werden muß, fallen naturgemäß alle Bottariemaduln In der Reihe aus·
Die vorliegende Erfindung schlagt eine neuartige Batterieanlage und ein Verfahren zum Umleiten des elektrischen Stromes um einen fehlerhaften Modul herum vor, so daß nur der fehlerhafte Modul entfernt und die Betriebssicherheit der Batterieanlage auf ein Maxiraum gebracht wird. Die erfindungsgemäß ausgestaltete Batterieanlage umfaßt insbesondere einen Bypass-Schalter für jeden Batteriemodul in der Anlage. Der Bypass-Sohalter enthält einen normalerweise offenen Hauptkontakt über die Stramkleramen des Batterlemaduls und eine Vielzahl von normalerweise geschlossenen Hilfskontakten zur Steuerung der Zuführung der Reaktionsmittel, die innerhalb der Zellen des Batteriemoduls elektrochemisch umgewandelt werden. Somit
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wird bei Feststellung »Ines fehlerhaften Zustand«! dir Bypae»« Schalttr geschaltet, um den Hauptkontakt zu sqhließen und in Verbindung damit die Hilfekontakte zu Öffnen. Wenn die Zufuhr der Raaktioneraittel zu den Zellen abgestellt wird, fällt der durch die Batterie fließende elektrische Strom sehr schnell ab, und der durch die Batteriereihe fließende Strom wird durch den Hauptkontakt dee Bypaas-Schalters umgeleitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung finden desweiteren Batteriereihen-Trennschalter Verwendung, die den fließenden Gleichstrom nicht unterbrechen müssen, wenn die gesamte Batteriereihe in Ansprache auf einen fehlerhaften Zustand abgetrennt werden muß. Öles wird dadurch erreicht, daß zuerst die Zufuhr der Reaktionsmittel zur gesamten Batteriereihe abgeschaltet wird, indem mindestens einer der Hilfsschalter geschaltet wird. Innerhalb einer kurzen Zeitspanne, nachdem die Reaktion»- mittelzufuhr abgeschaltet worden ist, nimmt der durch die Batteriereihe fließende elektrische Strom beträchtlich ab, so daß der Trennschalter für die abzutrennende Reihe im wesentlichen unter lastfreien Bedingungen geöffnet werden kann.
Obgleich sich die vorliegende Beschreibung auf Zink-Chlor-Batterien bezieht, kann die Erfindung auch in Verbindung mit anderen geeigneten elektrochemischen Zellen Verwendung finden, die die Reaktionsmittel von dem Reaktionsort entfernt speichern und die hohe Kurzechlußströme tolerieren können. Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Aus-
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führungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung hervor· Es zeigen ι
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Aueführungsbeispiels einer Zink-Chlor-Batterie-Anlage;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Auaführungs·1· beispiels eines Zink-Ghlor-Batterie-Maduls;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Bypass-Schalters in Verbindung mit einem Zink-Chlor-Batterie-Modul;
Figur 4 ein Diagramm, das den Kurzschluflstromfluß durch einen Zink-Chlor-Batterie-Modul unmittelbar nach Schaltung des Bypass-Schalters verdeutlichtj
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines einzelnen Zink-Chlor-Batterie-Etagengestellef
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Zink'KJhlor-Batterie-Modulη in einer Batterie-Anlage ohne Verwendung eines Bypass-Schalters für Jeden Batterie-Modul;
Figur 7 eine scheraatische Darstellung einer Anordnung von Zink-Chlor-Batterie-Moduln in einer Batterieanlage unter Verwendung eines Bypaea-Schalters für jeden Öfcttarie-Modulj und
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.81122Ο7
Figur 6 eine schsmatische Darstellung einer Strom-
"Aufbereitungs"-Einheit für eine Zink-Chlor-Batterie-Anlage.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Zink-Chlor-Batterie-Anlage 10 für 100 Megawattstunden (MWh). Der Wert von 100 MWh bezieht sich auf die projezierte Energieabgabekapazität während der Entladung der Batterieanlage. Die Anlage 10 besteht aus vier separaten Batterieeinheiten 12. Jede Batterieeinheit umfaßt vier Batteriereihen 14, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, ein Kälte- bzw. Kühlsystem 18 und ein Strom-"Aufbereitungs"-System 20. Jede Batteriereihe weist 120 Batterientodulη 16 auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Im Betrieb speichert die Batterieanlage elektrische Energie, die sie von einer Grundlast-Stromerzeugungseinrichtung während der Nacht oder außerhalb der Spitzenzeiten (beim Ladezyklus) erhält, und speist die gespeicherte Energie während Spitzenzeiten (im Entladungszyklus) wieder in das Netz ein.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zink-Chlor-Batterie-Maduls 22. Im Stapelbereich des Moduls befinden sich sechs Unterraoduln 24. Jeder Untermodul umfaßt normalerweise eine große Anzahl von elektrischen Zellen, die aus einem Zink- und Chlor-Elektrodenpaar bestehen. Die Bezeichnung "Zinkelektrode" bedeutet in diesem Falle, daß während des
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Ladens der Batterie metallisches Zink elektrochemisch auf dieser Elektrode abgeschieden wird· In ähnlicher Weise bedeutet die Bezeichnung "Ghlorelektrode", daß während des Ladens der Batterie an dieser Elektrode gasförmiges Chlor abgeschieden wird. Der "Sumpfabschnitt" des Moduls umfaßt normalerweise einen Elektrolytspeicher 26 und eine Elektrolytpumpe 2Θ. Sowohl während des-Lade- als auch des Entladezyklus wird Zink-Chlor-Elektrolyt im Speicher 2Θ durch das Verteilerrohr 29 allen Zellen in den Untermoduln 24 zugepumpt. Der Elektrolyt strömt über die Zellen des Batteriestapels und kehrt durch getrennte Rückführkanäle durch Schwerkraftwirkung zum Elektrolytspeicher zurück. Das durch diese Zellen erzeugte gasförmige Chlor wird durch eine Saapumpe 32 über das Rohr 30 in den Hydratapeicherabschnitt des Moduls gepumpt. Diese Pumpe druckt darüber hinaus Wasser von dem Speicher 33 durch das Rohr 34, wo es in dem Wärmetauscher 38 gekühlt und mit dem Chlorgas vermischt wird. Diese Mischung aus kaltem Wasser und Chlort?«· wird denn durch du» Ruhr 42 einpumpt, In dwm Chlorhydrat gebildet wird. Der Filter 36 verhindert, daß das in den Speicher 33 verschüttete Chlorhydrat den Einlaß zum Rohr 34 blockiert. Das Rohr 40 stellt die Kühlmittelversorgungsleitung von der Kälteanlage zum Wärmetauscher 38 dar.
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Die Gaspumpe 32 erzeugt darüber hinaus eine durchschnittliche Druckdifferenz von S psi zwischen den Stapel- und Hydratspsicherabschnitten des Modulsι und zwar sowohl wHhrerid des Lade- als auch des Entladezyklus. Ein Druckentlaetungsventil 44 stellt sicher, daß diese Druckdifferenz nicht überro«Big groß wird· Während der Entladung steuert das Ventil 46 die Geschwindigkeit der ElektroIytforderung durch den Wärmetauscher 48 im Hydratspeioherabschnitt. Die von diesem warmen Elektrolyten abgegebene Wärmeenergie zersetzt das Chlorhydrat wieder in gasförmiges Chlor und Wasser. Das dadurch wiedergewonnene gasförmige Chlor wird vom Gasraum 52 im Hydratspeicherabschnitt durch das Verteilerrohr 29 unter Steuerung des Solenoidventiles 50 wieder zu den Untermoduln 24 im Stapelabschnitt zurückgeführt. Das Chlorgas löst sich dann im Elektrolyten und wird auf elektrochemische Weise verbraucht oder in Chloridionen umgewandelt. Gleichzeitig wird das während des Ladezyklus auf den Zinkelektroden abgelagerte metallische Zink auf elektrochemische Weise in Zinkionen umgewandelt* Diese elektrochemischen Reaktionen bewirken das Fließen eines elektrischen Stromes durch den Batteriestapel und erzeugen einen elektrischen Strom an den Klemmen des Moduls (nicht gezeigt}, die an die Unterraoduln 24 angeschlossen sind.
Die Zellen in den Untermoduln 24 erzeugen darüber hinaus auch eine kleine Menge an gasförmigem Wasserstoff. Um die Ansammlung dieses gasförmigen Wasserstoffes zu verhindern, sind im Stapel— abschnitt Leuchtstofflampen 54 vorgesehen« damit der gas-
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förmige Wasserstoff mit dem gasförmigen Chlor reagiert und HCl-Gaa bildet« Die Zellen der Untermaduln 24 erzeugen darüber hinaus auch eine geringe Menge gasförmiges Kohlendioxid.
ist,
Obgleich dies nicht dargestellt/ ist eine Abweisungsvorrichtung für Inertgas, die auf einer elektrochemischen Chlor-Chlor-Zelle basiert, vorgesehen, um dieses Kohlendioxid sowie alle anderen Gase, die für das System inert sind, vom Modul zu entfernen· Der "Sumpfabschnitt" umfaßt darüber hinaus einen Wärmetauscher SS1 der dazu dient, die Temperatur des Elektrolyten auf einem gewünschten Niveau zu halten. Das Rohr 56 stellt die Kühlmittelversorgungsleitung für den Wärmetauscher dar. Das Gehäuse 58 bildet eine hermetisch gekapselte Umhüllung für die vorstehend genannten Bestandteile des Moduls. Dieses Gehäuse umfaßt normalerweise eine innere Kunststoffauskleidung, eine äußere Fiberglashülle und eine dazwischen angeordnete Schicht aus einem isolierenden Material. Schließlich ist ein StahltrMgerelement 60 am Gehäuse 58 befestigt, um die Bewegung des Moduls zu erleichtern.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Bypass-Schalters 61 in Verbindung mit einem Zink-Chlor-Batterie-Modul 62. Diese Darstellung zeigt insbesondere die verschiedenartigen elektrischen Verbindungen (für die Elektrolyt— und Gaspurapen, das Chlorgasversorgungssolenoidventil, die InertgaeabweiBungsvorrichtung, den Wasserstoff-Leuchtstofflampen-Reaktor und den Druckumformer für den Stapelabschnitt) und die mechanischen Verbindungen (für das
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Hydratspeicherkühlmittel und das Kühlmittel für den Sumpf) zum Modul« Der Bypass-Schalter 61 ist über die Stromklemmen 63 geschaltet, die den elektrischen Strom in den Batteriemodul hinein und aus diesem heraus leiten« Oer Bypass-Schalter besitzt einen Hauptkontakt 54 und vier Hilfskantakte 66. Der Hauptkontakt ist normalerweise geöffnet, so daß elektrischer Strom durch die Batterie fließen kann. Die drei normalerweise geschlossenen Hilfskontakte ermöglichen einen elektrischen StromfluB zum Elektrolytpumpenmotor, zum Gaspumpenmotor und zum Ghlorgasversorgungssolenoidventil, bis der Bypass-Schalter geschaltet wird. Die normalerweise geöffneten Hilfskontakte verhindern einen elektrischen StromfluB zu einer Alarmschaltung, bis der Bypass-Schalter geschaltet wird. Wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, die die Haupt- und Hilfskontakte miteinander verbindet, kann der Bypass-Schalter so konstruiert sein, daß alle Kontakte bei Schaltung des Bypass-Schalters gleichzeitig geschlossen oder geöffnet werden* Alternativ dazu kann der Bypass-Schalter so konstruiert sein, daß die Hilfskontakte geschlossen oder geöffnet werden, bevor der Hauptkontakt geschlossen wird. Darüber hinaus können die Hilfskontakte auch entfernt von dem Bypass-Schalter angeordnet werden und auf diese Weise einen Hilfeschalter bilden.
Bevor erläutert wird, in welcher Weise der Bypass-Schalter in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, wird auf Figur 4 verwiesen. Diese Figur zeigt ein Diagramm 68 des
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Kurzschlußstromflusses durch den Batteriemodul unmittelbar nach Schaltung (Erregung) des Bypass-Schalters. Die Kurzschlußstromkurve 70 wurde auf experimentellem Wege von einem Batteriewodul gewonnen, der unmittelbar vor dem Kurzschließen mit einem elektrischen Strom von 540 A arbeitete. Bei Erzeugung eines Kurzschlusses an den Polklemmen, d.h. Schließen der Hauptkontakte) stieg der Stromfluß durch den Batteriemodul aprungartig auf 15000 A an. Dieser Kurzschlußstrom fiel jedoch sehr schnell in einigen Sekunden ab. Dies war darauf zurückzuführen, daß der Elektrolytpumpenmotor, derGaspumpenmotor und das Chlorgasversorgungeolenoidventil abgeschaltet wurden (d.h. die drei normalerweise geschlossenen Hilfskontakte wurden geöffnet), und zwar in dem Moment, in dem der Kurzschluß erzeugt wurde. Durch Abschalten dieser Hilfsbeetandteile wurde die Zufuhr an Elektrolyt und Chlorgas zu den Untermoduln im Stapelabschnitt des Batteriemoduls unterbrochen· Ohne eine kontinuierliche Elektrolyt- und Chlorgaszufuhr ergibt sich jedoch ein rascher Verbrauch dar in den Zellen vorhandenen Reaktionsmittel (Zink- und Chlorid-Ionen wihrtnd da« Lade*yklu» und gelüste» Chlorgas während des Entladazyklus). Dadurch werden weitere elektrochemische Reaktionen in den Zellen verhindert und »omit ein elektrischer Btromfluß durch die Zelle beendet oder unterbrochen. In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß derartige Zink-Chlor-Satterie-Moduln in der Lage sind, ohne wesentliche Beschädigung derart große Kurzschlußströrae auazuhalten.
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Es ist offensichtlich, daß die große Anzahl von Batteriemoduln in der Batterieanlage und die Komplexität der Batteriemoduln selbst die Wahrscheinlichkeit erhöhen, daß irgendein Modul nicht richtig funktioniert oder fehlerhaft arbeitet« In diesem Fall wird durch die Verwendung eines BypasB-3chalters für jeden Batteriemodul eine Umleitung des elektrischen Stromes um den fehlerhaften Batteriemodul herum möglich. Um festzustellen, ob ein Batteriemodul richtig funktioniert, wird der Gasdruck im Stapelabschnitt period disch überprüft. Andere Betriebsparameter können ebenfalls überprüft werden, wie beispielsweise Temperaturen und Drücke an verschiedenen Punkten im Batteriemodul, die Drehzahl der Elektrolyt— und Ssspumpenraotoren und der pH-Wert und das spezifische Gewicht des Elektrolyten. Die automatische Kontrolleinrichtung für die Batterieanlage überprüft einen oder mehrere dieser Betriebsparameter und stellt einen fehlerhaften Zustand fest, wenn ein bestimmter vorgegebener Bereich überschritten wird. Derjenige Batteriemodul, der diesen fehlerhaften Zustand erzeugt, wird dann identifiziert, und der Bypasa-Schalter wird in Ansprache auf diesen fehlerhaften Zustand eingeschaltet.
Der Bypass-Schalter kann so konstruiert sein, daß er auf elektromagnetischem Wege ausgelöst und manuell rückgestellt wird. Folglich kann das Schließen des Hauptkontaktes, das Öffnen der drei normalerweise geschlossenen Kontakte und das Schließen des normalerweise geöffneten Hilfskontaktes durch eine Feder bewirkt werden, die auf manuellem Wege
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gespannt wird. Alternativ dazu kann ein drehbarer Nockenmechanismus Verwendung finden, in welchem Falle kein Eingreifen des Bedienungsmannaa zur Rückstellung des Schalters erforderlich ist. Der Bypass-Schalter wird nur dann rückgestellt, wenn der elektrische Stromfluß durch die Batteriereihe unterbrochen ist. Da mit dem Bypasa-Schalter keine Unterbrechung des Qleichatromflusses beabsichtigt wird, muß dar Schalter keine komplizierte Konstruktion besitzen. Die Hilfekontakte müssen nur so ausgebildet sein, daß sie in der Lage sind, einen WechselstrorafluB im Bereich von 15 A zu unterbrechen. Da darüber hinaus die Spannung zwischen den Stramklemmen de· Hatteriemaduls im Bereich van 20 Volt ßleichstrom liegt, braucht die Trennung des Hauptkantaktes nur einen Bruchteil von einem Zoll zu betragen. Da jedoch unmittelbar naoh dem Schließen dar Kur*sohlußsfcrnm «ohr hoch ist, sollte der Bypass-Schalter so konstruiert sein, daß der gesamte Kontaktbereich sofort in angen Kontakt tritt.
In Figur S ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines einzelnen Zink-Chlor-Qatterie-Etagengeatells 72 dargestellt* Dieses Battariegsatall bildet einen Toll der aus drei Etagen bestehenden Satterieanlage der Figur 1. Figur 5 zeigt eine Vielzahl von Batteriemoduln 74 in «Inern GauntwΠ 76, wobei jedar nattartemudul mit «inam motor 7Θ, einem Elektrolytpumpenmotor 80, einem Satz von
sn
Hydratspeicher—Kühlmittelrohr 82 und 84 und einem Satz von Sumpf-Kühlmittelrohren 86 und 88 versehen ist. Jeder Batteriemodul umfaßt darüber hinaus einen Bypaes-Schalter 90 zwischen
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Il
den Stromklemmen dee Batteriemodula.Der Bypass-Schalter ist in einem Gehäuse untergebracht, um eine Korrosion der Kontakts durch in der Luft vorhandene Verschmutzungen zu verhindern» Darüber hinaus zeigt diese Figur desweiteren, daß Jeder Batteriemodul über elektrische Leitungen 92 und 94 mit den anderen Batteriemoduln einer Reihe elektrisch in Serie geschaltet ist·
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 96 von Zink-Chlor-Batteriemoduln 98 in einer Batterieanlage. Bei dieser frühen Ausführungsform fanden keine Bypass-Schalter Verwendung. Wenn daher ein Modul versagte, wie bei 100 angedeutet, mußte die gesamte Reihe der in Serie geschalteten Moduln vom System abgetrennt werden, um den fehlerhaften Modul zu isolieren. Dies wurde dadurch erreicht, daß ein Batteriereihentrennschalter 102 geöffnet wurde, der einen elektrischen Stromfluß von einer "Stromaufbereitungseinheit11 104 über elektrische Leitungen 106 und 108 zu dieser Batteriereihe bzw. in umgekehrter Weise verhinderte. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit zwei Nachteilen verbunden. Zum ersten nimmt die Betriebssicherheit der Batterie— anlage ab, wenn eine Anzahl von Moduln aus dem Betrieb genommen werden muß, wenn ein einziger Modul versagt. Zum zweiten muß der BatteriBreihentrennschalter notwendigerweise sehr teuer ausgebildet sein, da er in der Lage sein muß, Gleichströme im Bereich von 500 A zu unterbrechen. Natürlich kann auch die Anzahl der in einer Batteriereihe vor—
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handenen Batteriemoduln verringert werden. Dies würde jedoch die Zahl der erforderlichen Batteriereihentrennschalter erhöhen und den Wirkungsgrad der "Stromaufbereitungsanlage" verringern. Dieser niedrigere Wirkungsgrad würde dazu führen, dafl man hochgespannten Wechselstrom während des Ladezyklus in Gleichstrom niedriger Spannung transfomieren und diesen Vorgang während des Entladezyklus umkehren müßte.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung 110 von Zink-Chlor-Batteriemoduln 98 für zwei Reihen einer Batterieanlage. Bei dieser Aueführungsform findet für jeden Batteriemodul ein Bypass-Schalter 112 Verwendung. Wenn jetzt ein Batteriemodul ausfällt, wird der Bypass-Schalter Brregt, -s und der elektrische Strom wird um den ausgefallenen Modul herumgeleitet. Somit ist bei dieser Anordnung die Betriebssicherheit der Batterieanlage auf ein Maximum gebracht, da nur der ausgefallene Modul aus dem System entfernt wird.
Figur 7 dient darüber hinaus dazu, einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfidnung aufzuzeigen, der spezielle Kurzschlußeigenschaften des Zink-Chlor-Batteriemoduls in bezug auf die Batteriereihentrennschalfcer 114 und 116 betrifft. Wenn alle Elektrolytpumpenmotoren, Gaspumpenmotoren und Chlorgasversorgungeeolenoidventile für eine gesamte Reihe von Batteriemoduln gleichzeitig abgeschaltet werden könnten, wären in kurzer Zeit alle Reaktionsmittel in den Zellen *
dieser Batterismoduün aufgebraucht und der elektrische Stromflufl durch die entsprechende Reihe (über die Leitungen 122 oder 124) würde beträchtlich abfallen. Dadurch würde
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ein Öffnen des Batteriereihentrennschalters (114 oder 116) bei einem sehr niedrigen Gleichstrom möglich· Obgleich dies in Figur 7 nicht gezeigt ist, findet bei dieser Batterieanlage in jeder der Wechselstromleitungen für diese Hilfsteile ein Schalter Verwendung, um die elektrische Stromzufuhr zu den Hilfeteilen für die gesamte Batteriereihe zu steuern. Somit findet ein einziger Schalter Verwendung, um alle Elektrolytpumpenmotoren in einer Batteriereihe abzuschalten. Wie bei dem Bypass-Schalter können auch diese Hilfsschalter und die Batteriereihentrennschalter auf elektromagnetischem Wege ausgelöst oder über die automatische Kontrolleinrichtung für die Batterieanlage durch einen drehbaren Nocken betätigt werden. Bei dieser Konstruktion kann die automatische Kontrolleinrichtung fehlerhafte Zustände in der Batteriereihe ertasten und durch Erregung der normalerweise geschlossenen Hilfsschalter zum Öffnen derselben auf einen fehlerhaften Zustand ansprachen. Nach Ablauf einer ausreichenden Zeitspanne, um ein beträchtliches Absinken des Stromflusses durch die Batteriereihe zu ermöglichen, kann der Trennschalter für diese Reihe erregt werden, damit er sich öffnet. Beispielsweise kann ein derartiger fehlerhafter Zustand durch eine plötzliche Änderung des Stromflusses durch die Batteriereihe infolge der Entwicklung eines Erdungsfehlers verursacht werden.
In Figur 7 sind darüber hinaus getrennte '•Stromaufbereitungseinrichtungen" 118 und 120 für jede Batteriereihe dargestellt. Dies dient dazu, Stromungleichgewichte in der Batterieanlage
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auf sin Minimum zu bringen, die sich dadurch ergeben, daß ein fehlerhafter Modul umgangen wird. Wenn beispielsweise bei der Batteriemodulanordnung der Figur 6 ein Bypass-Schalter für jeden Batteriemodul Verwendung findet, bewirkt das Umgehen eines fehlerhaften Batteriemoduls in einer der Reihen, daß diese Reihe eine geringere Spannung aufweist als die anderen Reihen . Da jedoch alle Batteriersihen parallel zueinander geschaltet sind, erfolgt eine Umverteilung des Stromes, so daß der Strom in der Reihe mit dem fehlerhaften Modul erhöht wird, um die Reihenspannung zu erhöhen«
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer "Stromaufbareltungaeinheit" 126 (für eine Batteriealnheit). Wie man der DaretoLlunp; t»ntnt;hm«n kann, flnclut für .1<?d« dur vier Batteriereihen eine separate Konverter-Brücke Verwendung. Der Trennschalter 128 bildet eine sichtbare Anzeige dafür, ob die Batterieeinheit an das elektrische Wechselstromnetz angeschlossen ist oder nicht. Zwischen den Trennschalter und den Transformator sind Leistungsfaktorverbesserungskondensatoren 130 und ein harmonischer Filter 132 geschaltet. Die Primärwicklungen 134 und 136 des Transformators weisen jeweils einen Satz von Sekundärwicklungen 138 und 140 auf. Jede Konverter-Brücke umfaßt normalerweise eine 6-Impuls-ThyriatorbrUcke 142 zum Laden und Entladen. Die Gleichstromleltungan eind über tilaktriache Leitungen 144 und 146 an din Batteriereihe angeschlossen, und der zwischen diese getttthaltgui Blank 14ü i*WUti uU> f-ilHit;h»trometandmiiittrjhutj'.~ ausrüstung dar. Da jede Konverter-Brücke einzeln gesteuert
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wird, können Änderungen in der BatteriBreihenspannung (beispielsweise hervorgerufen durch einen umgangenen Batteriemodul) durch Laden derTtiyristorzündwinkal kompensiert werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum Unterbrechen da« elektrischen 8tromflueses durch mindestens einen Sekundärenergiespeicherbatteriemodul in einer Batterieanlage mit einer Vielzahl von Batteriemoduln, die zur Bildung einer Batteriereihe elektrisch in Serie geschaltet sind, wobei eine Vielzahl dieser Batteriereihen zueinander elektrisch parallel geschaltet ist, ersten Schalteinrichtungen zur Steuerung der Zufuhr von mindestens einem Reaktionsraittel, das in den Batteriemodulη elektrochemisch umgewandelt wird, und zweiten Schalteinrichtungen zum Umleiten des elektrischen Stromes durch die Batterieanlage, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte ι
    Erregen der ersten Schalteinrichtungen, so daß die Zufuhr des Reektionsmlttela in mindestens einem der Batterlemnduln unterbrochen wird; und
    Erregen der zweiten Schalteinrichtungen, so daß der elektrische Stromfluß in mindestens einem der Batteriemoduln unterbrochen und durch die Batterieanlage umgeleitet wird.
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    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schelteinrichtungen einen normalerweise geöffneten Bypass-Schalter für jeden Batteriemodul in der Batterieanlage umfassen, der über die Stromklemmen geschaltet ist, die den Batteriemoduln elektrischen Strom zuführen.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schalteinrichtungen erste, normalerweise geschlossene Hilfeschelteinrichtungen umfassen, die jeweils einem der Bypass-Schalter zugeordnet sind, um die Zufuhr von mindestens einem Reaktionsmittel zu steuern, das in den Batteriemoduln elektrochemisch umgewandelt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzlichen Schritt das Abtasten von mindestens einem Betriebsperameter für jeden Batteriemodul in der Batterieanlage umfaßt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzlichen Schritt das Bestimmen eines fehlerhaften Zustandes umfaßt, wenn der Betriebsparameter für einen der Batteriemoduln einen vorgegebenen Bereich überschreitet.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzlichen Schritt das Identifizieren desjenigen Batteriemoduls umfaßt, der den fehlerhaften Zustand erzeugt.
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    7. Verfahren naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    in Ansprache auf den fehlerhaften Zustand die ersten Hilfsachalteinricntungen für den fehlerhaften Modul erregt werden, so daß sie sich öffnen, und daß der 8ypas8"3chalter für den fehlerhaften Modul erregt wird, so daß er sich schließt, um auf dlssa Waise den elektrischen StromfluB durch den fehlerheften Batteriemodul zu unterbrechen.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schalteinrichtungen normalerweise geschlossene Trennschalteinrlchtungen umfassen, um elektrischen Strom durch jede Batteriereihe in der Batterieanlage zu leiten.
    9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schalteinrichtungen zweite, normalerweise geschlossene Hilfeschalteinrichtungen für jode Batteriereihe umfassen, um die Zufuhr von mindestens einem Heaktionsmittel für alle Batteriemoduln in der Batteriereihs zu steuern.
    10. Verfahren neon Anspruch 9, dadurnh gekennzeichnet, d*Ö «* das Abtasten des elektrischen Stromflusses durch jede Batteriereihe umfaßt.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es das Bestimmen sine« fehlerhaften Zustande» aua einer vorgegebenen Änderung des elektrischen Stromflusses durch die Batteriereihe umfaßt.
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    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß In Ansprache auf den fehlerhaften Zustand die zweiten» normalerweise geschlossenen Schalteinrichtungen für die fehlerhafte Reihe zum Öffnen erregt werden und daß die normalerweise geschlossenen Trennschalteinrichtungen erregt werden, so daß si· sich nach einer Zeitspanne öffnen, um einen beträchtlichen Stromabfall durch die Batteriereihe zuzulassen.
    13. Verfahren zum Umgehen einer fehlerhaften elektrochemischen Zelle in einer Reihe von elektrochemischen Zellen, die elektrisch in Serie geschaltet sind und von denen jede Zelle Stromklemmen zum Einleiten von elektrischem Strom in die Zelle und zum Heraueleiten von elektrischem Strom aus der Zelle, eine"normalerweise geöffneten Schalter, der über die Stromklemmen geschaltet ist, und einen normalerweise geschlossenen Schalter zum Steuern der Zufuhr von mindestens einem Reaktionsmittel, das in der Zelle elektrochemisch umgewandelt wird, umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Öffnen des normalerweise geschlossenen Schalters für die fehlerhafte Zelle, um die Zufuhr des Reaktionsmittels zu unterbrechen j und
    Schließen des normalerweise geöffneten Schalters für die fehlerhafte Zelle, um den Stromklemmen elektrischen Strom zuzuführen.
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    14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzlichen Schritt das Ertasten von mindestens einem Betriebsparameter für jede Zelle in der Reihe umfaßt.
    15* Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es al» zusätzlichen Schritt daa Bestimmen eines fehlerhaften Zustandes umfaßt, wenn der Betriebsparameter für eine der Zellen einen vorgegebenen Bereich Übersteigt.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzlichen Schritt da· Identifizieren derjenigen Zelle umfaßt, die den fehlerhaften Zustand erzeugt.
    17. Verfahren n«oh Anspruch 16, dadurch pekennzeiohnMt, dan das öffnen des normalerweise geschlossenen Schalters und da· Schließen des normalerweise geöffneten Schalter« in Ansprache auf den fehlerhaften Zustand vor eich geht.
    18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Öffnen des normalerweise geschlossenen Schalters vor dem Schließen des normalerweise geöffneten Schalters vor eich geht.
    19« Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des normalerweise geschlossenen Schalters in Verbindung mit dem Schließen des normalerweise geöffneten Schalters vor sich geht.
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    20. Verfahren nach Anmpruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dar normalerweise geschlossene Schalter dam normalerweise geöffneten Schalter zugeordnet iet.
    21. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der elektrochemischen Zelle um eine Sekundfirenergiespeicherbatterie handelt·
    22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Sekunderenergiespeicherbatterie um eine Zink-Chlor-Batterie handelt.
    23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter ein Druckparameter ist.
    24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der normalerweise geschlossene Schalter eine Vielzahl von Kontakten umfaßt.
    25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß einer dar Kontakte zur Steuerung des Elektrolytatromes, der in der Zink-Chlor-8atterie umgewälzt wird, verwendet wird.
    26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte ein Chlorgasversorgungsventil in der Zink-Chlor-Batterie steuert.
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    27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß es als weiteren Schritt das Erzeugen eines Alarmsignales in Ansprache auf den fehlerhaften Zustand umfaßt.
    2B. Verfahren zum Isolieren einer Reihe von Sekundärenergiespeicherbatterien, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, in einer Batterieanlage, die eine Vielzahl von derartigen Batteriereihen aufweist, die elektrisch parallel zueinander geschaltet »ind, wobei Jede der Batteriereihen einen ersten, normalerweise geschlossenen Schalter zur Zuführung von elektrischem Strom zur Butterierelhe und zur Abführung desselben von der Batteriereihe und einen zweiten, normalerweise geschlossenen Schalter zur Zuführung von elektrischem Strom zu einer Hilfseinrichtung, die zur Zufuhr von mindestens einem Renktloneraittel dient, das in jeder der Sekundärenergiespeicherbatterien in der Reihe elektrochemisch umgewandelt wird, aufweist, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schrittet
    Öffnen des zweiten, normalerweise geschlossenen Schalters für die zu isolierende Batteriereihe, um die Zufuhr des Reaktionsmittels zu den Batterien zu unterbrechen; und
    Öffnen des ersten, normalerweise geschlossenen Schalters für die zu isolierende Batteriereihe nach einer Zeitspanne, die ausreicht, um einen beträchtlichen elektrischen Stromabfall durch die Batteriereihe zu ermöglichen.
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    29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß es das Abtasten des elektrischen Stromflusses durch jede der Batteriereihen umfaßt.
    30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß es da· Bestimmen eine« fehlerhaften Zustande« aus einer vorgegebenen Änderung des elektrischen Stromflusses durch die Batteriereihe umfaßt·
    31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des zweiten, normalerweise geschlossenen Schalters in Ansprache auf den fehlerhaften Zustand der Reihe erfolgt·
    32· Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß es das Erzeugen eines Alarmsignales in Ansprache auf den fehlerhaften Zustand umfaßt.
    33. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Sekundärenergiespeicherbatterien um Zink-Chlor-Batterien handelt.
    34. Batterieanlage, gekennzeichnet durch!
    "Stromaufbereitungseinrichtungen" zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom während des Ladezyklus der Batterieanlage und zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom während des Entladezyklus der Batterieanlage}
    eine Vielzahl von Batteriereihen, die zu den "Stromaufbereitungseinrichtungen" elektrisch parallel geschaltet sind;
    eine Vielzahl von Batteriemoduln, die zur Bildung der Batteriereihen elektrisch in Serie geschaltet sindj und
    Bypass-Schaltainrichtungen, die jedem Batteriemodul zugeordnet sind, um in Ansprache auf einen fehlerhaften Zustand elektrischen Strom um einen fehlerhaften Batteriemodul herumzuleiten.
    35. Batterieanlage nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren umfaßt:
    Hilfsschalteinrichtungen zum Steuern der Zufuhr von mindestens einem Reaktionsmittel, das in den Batteriemoduln elektrochemisch umgewandelt wird, für alle Batteriemoduln in der Batteriereihe j und
    Trennschalteinrichtungen zum Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen mindestens einer der Batteriereihen und den "StroraaufberBitungseinrichtungen11 in Ansprache auf einen fehlerhaften Zustand und das Öffnen der Hilfsschalteinrichtungen·
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