JP6482541B2 - 電気エネルギを電気化学エネルギ蓄積装置に貯蔵する方法及び装置 - Google Patents
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Description
−所望の電気的動作を実現するために、並列に動作され且つ分散して制御されるインバータによって制御の課題は移され、
−ハイブリッドパワープラントの適切な動作コンセプトが提供され、すなわち、ナトリウム硫黄バッテリ、リチウムイオンバッテリ、バナジウム系レドックスフローに基づいた蓄積装置、又は燃料電池等の、複数の異なるバッテリテクノロジの複数のバッテリを備えたパワープラントの適切な動作コンセプトが提供され、また、
−特別な技術的な設計変更から独立した複数のバッテリ及び複数のバッテリパワープラントの動作及び表現を可能とする、一様な又は簡素な通信インタフェースが作り出される。
−同一の化学的及び/又は物理的な特性を有する複数の直流電流バッテリ(複数のDCバッテリ)を有する電気化学エネルギ貯蔵モジュールと、
−複数のDCバッテリを制御及び監視するバッテリ管理システムと、
−パワー電子モジュールと、
−パワー電子モジュール制御手段と、
−バッテリ管理システムへの通信インタフェース(15)を有するACバッテリ管理部と、を備える
少なくとも1つのベースモジュール(複数のACバッテリ)によって、特徴付けられる。
−動作レジームに対する容量の依存性の表現と、
−較正サイクルを考慮した充電状態の決定の不鮮明さの考慮と、
−AC電圧挙動の、特に複数の電力工学的コンポーネントの制御の、一様なパラメータ化と、
−バッテリ数量の適切な変換の手段による現在利用可能であり且つ最大限に提供可能である電力及び現在吸収可能であり且つ放出可能であるエネルギ等のエネルギ供給システムに関連する電流、アンペア時、充電状態(SOC)の数量等の、複数の数量の間の、バッテリテクノロジに関連する特定の関係の表現と、
を実現する。
−バッテリ管理システムに関連付けられたDCバッテリと、
−インバータコントローラを有するインバータと、
−ACバッテリ管理システムと、
を含み、更に、
−中間電圧バッテリの場合において、中間電圧側においてパワースイッチを有する中間電圧変圧器を更に含むか、中間電圧インバータの使用において、中間電圧側において単に更なるパワースイッチを含む。
−ACバッテリが動作スタティク(「ドループ」)に従って動作する有効電力に依存した周波数制御と、
−有効電力に依存した電圧制御と、
の特徴の実現を果たす。
−周波数に依存する有効電力寄与と、
−電圧に依存する有効電力寄与と、
を提供する。
−信頼性のある充電状態測定のための複数の直流電流バッテリモジュール又はそれらの一部の較正、又は(部分的な)複数のバッテリのスタートアップ若しくはシャットダウン等の、技術的な利用可能性限界と規則に従った必要な保守作業との両方を考慮する必要な保守要求に加えて、インバータ及び複数のDCバッテリの動作限界の考慮と、
−特別な形式のインバータバッテリトポロジー及びバッテリテクノロジから独立している上位のバッテリパワープラント管理システムへの一様なインタフェースの提供と、
−例えば複数の直流電流バッテリモジュールの充電状態較正等の、次回の保守オペレーションのための利用可能性の制約又は電力とエネルギの需要の予測の提供と、
を果たす。
−充電方法は通常、電力ベースではなくむしろ電流ベース及び電圧ベースであり、すなわち、理想的な充電サイクルにおいてバッテリは、充電状態に依存する、外部に対する可変の電力要件を有し、且つ
−複数のバッテリと接続された複数のバッテリ管理システムは、動作レジームに依存しないが動作の名目に関連する、残存容量又は貯蔵されたエネルギ量等の、バッテリ情報を提供する
からである。
−動作レジーム、すなわち電力に依存するエネルギに対する、容量の依存性の表現(デピクション)、
−較正サイクルを考慮することによる、充電状態の決定の不鮮明さの検討、及び
−電力工学的コンポーネントの対応する制御による、AC電圧挙動の一様なパラメータ化、
を含む。
−一般的なACバッテリモデルを用いた種々のバッテリテクノロジのハンドリングと、
−共通結合ポイント10における固定された精度を達成するための、中央測定量の分配と、
−スケジュール又は導出される参照変数に基づいた、複数のACバッテリ動作ポイントの最適化と、
を含むことができる。
2.1〜2.N DCバッテリ
3.1 DC/DCコンバータ
4.1〜4.N インバータ
5.1〜5.N ACバッテリ管理部
6 バッテリパワープラント管理部
7.1〜7.N 変圧器
8.1〜8.N パワースイッチ
9 PCCパワースイッチ
10 共通結合ポイント、PCC
11 エネルギ分配ネットワーク
12〜17 通信線
20.1〜20.N バッテリ管理システム
21.1〜21.M 並列接続されたDCバッテリ
31.1〜32.M DC/DCコンバータ
40.1〜40.N パワー電子コントローラ
211.M,212.M 異なるバッテリテクノロジのDCバッテリ
A 仕様
BKW バッテリパワープラント
I 充電電流
Pg 予測される充電電力
Pt 実際の充電電力
SOC 充電状態較正
V 充電電圧
Claims (20)
- 電気エネルギを複数の電気化学エネルギ蓄積装置に貯蔵し、且つ前記複数の電気化学エネルギ蓄積装置を電気エネルギ分配ネットワークと接続する電力工学的システムを介して電気エネルギを前記電気エネルギ分配ネットワークと交換する、方法であって、
同一のバッテリテクノロジを有する複数の電気化学エネルギ蓄積装置(2.1〜2.N;21.1〜21.M;211.M,212.M)及び同一のトポロジーを有する電力工学的システム(3.1;4.1〜4.N;31.1〜31.M;31.N,32.N)を、簡素なACバッテリ(1.1〜1.N)として組み合わせて、
充電電流及び放電電流、容量、充電状態、並びに関連する電力工学的システム(3.1;4.1〜4.N;31.1〜31.M;31.N,32.N)のトポロジーのうちの少なくとも一つを含んだ、前記複数の電気化学エネルギ蓄積装置(2.1〜2.N;21.1〜21.M;211.M,212.M)の特定のデータ及び特徴を前記複数の電気化学エネルギ蓄積装置(2.1〜2.N;21.1〜21.M;211.M,212.M)の、現在利用可能であり且つ最大限に提供可能である電力及び現在吸収可能であり且つ放出可能であるエネルギのうちの少なくとも一方を含んだ、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)に特定のデータ及び特徴に変換し、通信インタフェース(12)を介してバッテリパワープラント管理システム(6)に送信して、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)を制御する、
ことを特徴とする、方法。 - 前記簡素なACバッテリ(1.1〜1.N)は、ACバッテリ管理部(5.1〜5.N)の手段によって制御、監視、及び調整される、
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 幾つかのACバッテリ(1.1〜1.N)は、通信インタフェース(12)を介して、バッテリパワープラント管理システム(6)と接続され、また1つのパワースイッチ(8.1〜8.N)をそれぞれ介して且つPCCパワースイッチ(9)を介して、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)の共通結合ポイント(10)と接続される、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - 幾つかの空間的に分離したACバッテリ(1.1〜1.N)は、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)の共通結合ポイント(10)に接続され、また通信線(12)を介して共通のバッテリパワープラント管理システム(6)と接続される、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - 電気エネルギを複数の電気化学エネルギ蓄積装置に貯蔵し、且つ前記複数の電気化学エネルギ蓄積装置を電気エネルギ分配ネットワークと接続する電力工学的システムを介して電気エネルギを前記電気エネルギ分配ネットワークと交換する、装置であって、
−同一の化学的及び/又は物理的な特性を有する複数の直流電流バッテリ(複数のDCバッテリ2.1〜2.N,21.1〜21.M)を有する電気化学エネルギ貯蔵モジュールと、
−前記複数のDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)を制御及び監視するバッテリ管理システム(20.1〜20.N)と、
−パワー電子モジュール(3.1,4.1〜4.N,31.1〜32.M)と、
−パワー電子モジュール制御手段(40.1〜40.N)と、
−前記バッテリ管理システム(20.1〜20.N)への通信インタフェース(15)を有するACバッテリ管理部(5.1〜5.N)と、
を有する、少なくとも1つのベースモジュール(複数のACバッテリ1.1〜1.N)
によって特徴付けられ、
前記複数の電気化学エネルギ蓄積装置(2.1〜2.N;21.1〜21.M;211.M,212.M)及び前記電力工学的システム(3.1;4.1〜4.N;31.1〜31.M;31.N,32.N)のトポロジーの、各電気化学エネルギ蓄積装置に用いられるバッテリテクノロジを特徴付ける複数の量を含んだ特定のデータ及び特徴を、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)に特定のデータ及び特徴に変換し、前記通信インタフェース(15)を介してバッテリパワープラント管理システム(6)に送信して、電気エネルギを前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)と交換するように制御する、
装置。 - 前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)は、
同一の化学的及び/又は物理的な特性を有する複数のDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)と並列に接続され、且つ各電気化学エネルギ貯蔵モジュールに関連付けられているバッテリ管理システム(20.1〜20.N)と並列に接続された、幾つかの電気化学エネルギ貯蔵モジュールを含み、前記バッテリ管理システム(20.1〜20.N)は、前記電気化学エネルギ貯蔵モジュールを制御及び監視する、
ことを特徴とする、請求項5に記載の装置。 - 前記パワー電子モジュール(3.1,4.1〜4.N,31.1〜32.M)はインバータ(4.1〜4.N)を含み、当該インバータ(4.1〜4.N)は、DC側において、前記複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュールに接続され、またAC側において、直接的に又は中間電圧変圧器(7.1〜7.N)を介して、パワーバスバー又は共通結合ポイント(10)に接続される、
ことを特徴とする、請求項5又は6に記載の装置。 - 前記パワー電子モジュール(3.1,4.1〜4.N,31.1〜32.M)は、
前記複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュールに接続された少なくとも1つのDC/DCコンバータ(3.1,31.1〜32.M)と、
DC側において、前記(複数の)DC/DCコンバータ(3.1,31.1〜32.M)に接続され、且つ、AC側において、直接的に又は中間電圧変圧器(7.1〜7.N)を介してパワーバスバー又は共通結合ポイント(10)に接続されたインバータ(4.1〜4.N)と、を含む、
ことを特徴とする、請求項5〜7のうちのいずれか一項に記載の装置。 - 前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)は、同一の又は異なる化学的及び/又は物理的な特性を有する複数のDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)と、且つ、各電気化学エネルギ貯蔵モジュールを制御及び監視する、各電気化学エネルギ貯蔵モジュールに関連付けられたバッテリ管理システム(20.1〜20.N)と、複数のグループをなして並列接続された幾つかの電気化学エネルギ貯蔵モジュールを含み、
複数のグループをなして並列接続された前記複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュールは、各グループに関連付けられたDC/DCコンバータ(3.1,31.1〜32.M)を介してインバータ(4.1〜4.N)と接続される、
ことを特徴とする、請求項7又は8に記載の装置。 - 前記複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュールは、同一の化学的及び/又は物理的な特性を有する幾つかの直列接続されたDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)を含む、
ことを特徴とする、請求項5〜9のうちのいずれか一項に記載の装置。 - 前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)は、中間電圧バッテリとして形成され、また前記パワー電子モジュール(4.1〜4.N)及び中間電圧パワースイッチ(8.1〜8.N)を介してパワーバスバー又は共通結合ポイント(10)と接続される、
ことを特徴とする、請求項5〜10のうちのいずれか一項に記載の装置。 - 前記パワー電子モジュール(4.1〜4.N)の出力部は、中間電圧変圧器(7.1〜7.N)を介して、前記中間電圧パワースイッチ(8.1〜8.N)と接続される、
ことを特徴とする、請求項11に記載の装置。 - 前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)は、同一の化学的及び/又は物理的な特性を有する複数のDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)を有する2つの電気化学エネルギ貯蔵モジュールを含み、前記複数のDCバッテリ(2.1〜2.N,21.1〜21.M)の各々はインバータ(4.1〜4.N)と接続され、
前記インバータ(4.1〜4.N)は、二次側においてパワーバスバー又は共通結合ポイント(10)と接続された三巻線変圧器の一次巻線に接続される、
ことを特徴とする、請求項11又は12に記載の装置。 - バッテリパワープラント(BKW)を形成する少なくとも2つのACバッテリ(1.1〜1.N)であって、当該少なくとも2つのACバッテリ(1.1〜1.N)は、直接的に、又は中間電圧パワースイッチ(8.1〜8.N)を介して、又は中間電圧パワースイッチ(8.1〜8.N)と中間電圧変圧器(7.1〜7.N)を介して、1つの共通結合ポイント(10)に接続され、且つ同一の又は異なる化学的及び/又は物理的な特性を有する複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュール(2.1〜2.N)を含む、少なくとも2つのACバッテリ(1.1〜1.N)、
によって特徴付けられる、請求項5〜13のうちのいずれか一項に記載の装置。 - バッテリパワープラント(BKW)を形成する少なくとも2つのACバッテリ(1.1〜1.N)は、前記パワー電子モジュール(3.1,4.1〜4.N,31.1〜32.M)のための異なる複数のトポロジーを有する、
ことを特徴とする、請求項5〜14のうちのいずれか一項に記載の装置。 - 前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)は、
−複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュール(2.1)と接続されたインバータ(4.1)、及び/又は、
−並列接続された複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュール(2.N)と接続されたDC/DCコンバータ(31.N)、及び前記DC/DCコンバータ(31.N)と接続されたインバータ(4.N)、及び/又は、
−複数のグループをなして並列接続された複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュール(2.N)であって、各グループは1つのDC/DCコンバータ(31.N,32.N)と接続され、各DC/DCコンバータ(31.N,32.N)はインバータ(4.N)に接続された、複数の電気化学エネルギ貯蔵モジュール(2.N)、を含む、
ことを特徴とする、請求項15に記載の装置。 - グリッドを形成するパワープラントとして、幾つかのACバッテリ(1.1〜1.N)を含むバッテリパワープラント(BKW)は、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)の電圧と周波数を制御し、過電流保護機構をトリガするための短絡回路電流を供給する、
ことを特徴とする、請求項5〜16のうちのいずれか一項に記載の装置。 - 前記バッテリパワープラント(BKW)は電力ソース及び電力ドレインとして動作し、
前記複数のACバッテリ(1.1〜1.N)によって前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)に放出されるパワーは、前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)のグリッド周波数に依存して制御される、
ことを特徴とする、請求項17に記載の装置。 - 通信インタフェース(12)を介して、前記ACバッテリ管理部(5.1〜5.N)はバッテリパワープラント管理システム(6)と接続され、当該バッテリパワープラント管理システム(6)は、共通結合ポイント(10)を前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)と接続する前記複数の中間電圧パワースイッチ(8.1〜8.N)とPCCパワースイッチ(9)を作動させる、
ことを特徴とする、請求項5〜18のうちのいずれか一項に記載の装置。 - バッテリパワープラント(BKW)は、再生可能エネルギ源を併用して、ハイブリッドパワープラントとして動作し、グリッド周波数に依存して前記電気エネルギ分配ネットワーク(11)の共通結合ポイント(10)における特定のパワーを制御する、
ことを特徴とする、請求項5〜19のうちのいずれか一項に記載の装置。
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