WO2014094744A1 - Battery system comprising a battery management system, store system for storing electrical energy comprising such a battery system, and method for bringing such a battery system into operation - Google Patents

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Torsten STIEFENHOFER
Klaus Schropp
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Definitions

  • Battery system with battery management system storage system for storing electrical energy with such a battery system and method for
  • the invention relates to a battery system constructed from a plurality of batteries or from a plurality of secondary electric cells with a storage capacity of more than two kWh. Larger systems with more than 4, 10, 20 or 40 kWh are also preferred.
  • the battery system has a battery management system that includes the
  • the invention relates to a
  • Battery system and a method for commissioning such a battery system.
  • battery systems have a plurality
  • a single secondary cell is also referred to as a battery.
  • the feature of a battery should therefore also be word identical realized by a single secondary cell.
  • the batteries and the battery systems formed therefrom can thus be charged and discharged again. Due to this property can be built with the help of such battery systems electrical storage systems that are not for the
  • DC and AC sources are, for example, photovoltaic systems, wind turbines or even combined heat and power plants. These storage systems are used in particular for supplying private households and commercial enterprises with electrical energy. Against this background, battery systems are required
  • a battery system constructed from secondary cells with a storage capacity of more than two kWh is known. It has a first battery with two first terminal poles and a first battery housing with a first
  • Battery housing surface at least one additional battery with two further connection poles and another battery housing with another
  • One of the two first terminal poles of the first battery as the first connecting pole by means of a Batteriepolverbinders with one of the two other terminal poles of the other battery as the second connecting pole mechanically coupled and a coupling region of the first battery housing surface is positively arranged on a coupling region of the other battery housing surface.
  • Many battery cases are essentially cuboid. In general, it is advantageous if the mutually positively arranged coupling regions
  • Adjacent batteries occupy well over 20% of the battery case surfaces, more preferably over 33% of the battery case surfaces.
  • designs of batteries which have a cylindrical Have battery case surface. If these cylindrical batteries are arranged with their cylinder jackets on impact in a tight package, so be
  • Battery housings applied or arranged on these surfaces planar spacers components of the battery housing surfaces.
  • Such a battery management system monitors, for example, operating parameters such as, for example, the voltage and the temperature distribution of the entire battery system and intervenes, in particular, when important system parameters threaten to run out of the predetermined desired values.
  • operating parameters such as, for example, the voltage and the temperature distribution of the entire battery system and intervenes, in particular, when important system parameters threaten to run out of the predetermined desired values.
  • Each battery is therefore with a so-called balancer
  • Processing station is able to pass on. More generally, for the long-term and safe operation of such battery systems as
  • the present invention is based on the object to provide a battery system that is optimized for long-term use out, is simple and robust and can also be produced inexpensively.
  • the battery voltage regulator units are equipped with optocouplers having light emitters and light receivers, via which ascertained data can be forwarded to other battery voltage regulator units.
  • the first battery voltage regulator unit has a cable connection with a potential-separating interface, whereby the connection to a processing station can be made spatially flexible.
  • a further advantageous embodiment is that the last battery voltage regulator unit is provided with a cable connection for connection to a further group of batteries.
  • the batteries are numbered by the processing station via arranged in so-called balancers light emitter or light receiver.
  • the subsequently transmitted measurement data of each individual cell or cell group be assigned so that in case of impermissible deviations can be intervened either automatically or manually.
  • a further advantageous embodiment is that the measurement data and / or the control data of each individual balancer are forwarded via the light emitter or light receiver to the adjacent balancer. This ensures that no direct connection of the individual balancer to the processing station is necessary, which would be very expensive.
  • Accumulator cell or cell group controls, for example by adjusting the charging voltage and / or the charging current. This ensures optimal and gentle charging of each individual unit.
  • Processing station is controlled. As a result, the charging process is centrally controlled and the individual units can be coordinated with each other.
  • Charging state of the battery cell or cell group, temperature and / or other measured values are detected and flows into the regulation of the charging process.
  • a preferred embodiment of the battery system is constructed from secondary cells with a storage capacity of more than two kWh, wherein the first battery has two first terminal poles and a first battery housing with a first battery housing surface, the at least one further battery two more terminal poles and another battery housing with another
  • Link pole is mechanically coupled and a coupling region of the first
  • Battery housing surface is positively arranged on a coupling region of the other battery housing surface, wherein the battery voltage regulator units of the control system in the region between the two first terminal poles and in the region between the two further terminal poles are arranged and electrically contacted in each case with the two terminal poles.
  • These battery voltage regulator units measure as operating parameters of their associated battery at least their voltage and can also in
  • the local arrangement of the battery voltage regulator units on each cell itself reduces the effort in the electrical contacting of each battery with the control system of the battery system.
  • the battery voltage regulator units are preferably formed with boards that extend these boards between the two terminal poles of the battery.
  • the installation space occupied by the battery voltage regulator units preferably does not project beyond the terminal poles of the batteries or only by a few millimeters.
  • the batteries also take over the power supply of the battery voltage regulator units.
  • the battery voltage regulator units detect the temperature of the associated batteries as a further parameter.
  • the Batteriepolverbinder are particularly inexpensive and thus advantageously designed as one-piece plate-shaped components. These are formed in a simple manner as stampings made of metals, preferably copper, or non-metallic conductors.
  • the plate-shaped battery pole connectors preferably have one
  • the optocouplers with light transmitter and light receiver of the battery voltage regulator units of adjacent batteries serve the potential-free
  • Control data of a large number of serially coupled batteries can be reliably and safely transmitted via the mutually communicating optocouplers.
  • At least one battery voltage regulator unit is a potential-separating
  • the battery voltage regulator units are designed in such a way that they extend at least in sections from the battery housings between the terminal poles of the batteries. The distance between the battery case and the
  • Cooling effect can be increased for example by a heat sink. It is advantageous to provide the heat sink on the top and the electronic components to be cooled on the underside of a board. Preferably, all electronic components of the battery voltage regulator units are arranged on the underside of the board in this design.
  • the battery pole connector is advantageous for the battery pole connector to be opposite the first or second
  • Connecting pole is electrically insulated by a arranged on the Batteriepolverbinder insulator. This arrangement is important for the transport of such
  • the insulator means is mechanically clamped between the battery pole connector and the first connection pole or the second connection pole or encloses the battery terminal in the region of the first connection pole or in the region of the second connection pole in shoe form.
  • the insulator means is formed as a plate or shoe with an outer edge and an inner region, wherein a slot protrudes from the outer edge into the inner region. Due to the existing slot, the isolator means at the destination during commissioning can be removed more easily. If it is mechanically clamped, the mechanical clamping must first be loosened, then the insulator can then be moved along the
  • Extending direction of the slot are deducted. This is particularly easy for the assembly staff possible if in the region of the outer edge of a grip device for manual removal of the insulating means is provided by the Batteriepolverbinder.
  • This holding device may be formed, for example, as a tab or as an annular handle.
  • the insulator means has an opening through which a pole screw forming the terminal pole of a battery engages with the screw head forming the terminal pole.
  • Removing the pole screw required or between the opening and the outer edge of the insulator means a predetermined breaking point is formed. Then the insulator can be removed by tearing.
  • pole screw at the terminal poles where an insulator means is arranged, is removed. Between the battery pole connector and the pole socket the battery is clamped the insulator means or clamped by means of additional engagement means in the threaded opening of the terminal screw.
  • the invention relates to a storage system for storing electrical energy with at least the following arranged in a common housing assemblies: a battery system with one of the previously described
  • an electrical inverter unit for connecting the battery system to an external DC or AC power source and for connecting the battery system to a local building supply network and a
  • Control device for controlling the connected storage system with the aid of its modules.
  • modules and related functionality may be present. This applies in particular to measuring technology such as electricity meters or energy consumption management systems.
  • the advantages described above thus also enable the more cost-effective and robust production of electrical storage systems that supply households or commercial enterprises in island or parallel operation to the utility networks in conjunction with regenerative energy production with electrical energy.
  • the invention also relates to a method for starting up a battery system with the following steps:
  • the assembly work of battery systems and electrical energy storage with such battery systems at the destination for commissioning is greatly simplified. So far, the individual components such as batteries, Batteriepolverbinder, electronics for battery management were completely or largely built together at the destination.
  • the battery system with the isolator means allows safe transport according to official regulations for the transport of dangerous goods with maximized pre-assembly at the place of manufacture.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery system as a top view
  • Figure 2 is a schematic representation of a section along the line II -II from
  • Figure 3 is a schematic representation of an intelligent storage system for electrical energy with a battery system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a battery system 60 as a top view.
  • the battery system 60 is composed of a first battery 1 and a plurality of others
  • Battery housing 1 1 and the other battery case 21 are the same structure and each have substantially cuboid housing surfaces.
  • the first battery 1 shows two on its upper side shown here
  • Terminal posts 10 each with electrically insulating first
  • Each of the further batteries 2 also shows in each case two further connection poles 20, which are provided with electrically insulating second Terminal pole caps 200 are covered. In the area between the two
  • Connecting poles 10,20 of the batteries 1, 2 each have a battery voltage control device 4, which has a circuit board.
  • a battery voltage control device 4 On the top side of the board shown in FIG. 1, only one heat sink 42 is provided for the electronic components of the battery voltage regulation device 4 mounted on the underside of the board and therefore not recognizable in this illustration.
  • the cuboidal first battery 1 and the further battery 2 are arranged so that these with their respective largest outer surface as a coupling region of the first
  • Battery housing surface 210 form-fitting together. In accordance with positive arrangement, many more batteries 2 can be coupled.
  • the adjacently arranged batteries 1, 2 are more than one
  • the Batteriepolverbinder 3 are formed as copper sheet stampings in a material thickness of several millimeters. From a first connection pole 10 of the first battery 1 to another
  • the polarity of the first and further connection poles 10 coupled via the battery pole connector 3 is 10 , 20 selected.
  • Battery pole connector 3 determines the type of battery connection. It is also conceivable parallel to the row of adjacent batteries 1, 2 shown here to couple a likewise oriented and form-fitting contiguous sequence of batteries by means of a Batteriepolverbinders having the corresponding spatial orientation.
  • an insulator 5 is arranged in the form of a disc or a shoe on or around the Batteriepolverbinder 3.
  • This insulator means 5 has a slot 51 or an opening 52, so that in the mechanically coupled state of the batteries 1, 2, a connection pole 10, 20 can reach through the insulator means 5.
  • the isolator device 5 preferably has a gripping device 53, for example in the form of a tab, so that the isolator device 5 can be easily grasped and removed manually during the startup of the battery system.
  • FIG. Figure 2 shows a sectional view along the line II-II according to the orientation shown in Figure 1. Identical components are provided with the same reference numerals. The above statements are made to avoid
  • Terminal poles 20 of the other battery 2 spaced from the battery housing 21 extends, so that a space between the board and battery housing 21 is formed. A portion of this space is filled with control electronics 43 and optocoupler 40 having light emitter and light receiver as further components of the battery voltage regulator unit 4 in addition to the already discussed in Figure 1 and mounted on the top of the board heat sink 42nd
  • the left further connection pole 20 is electrically insulated from the battery pole connector 3 both upwards and downwards by means of the mechanically clamped insulator means 5.
  • the insulator means is formed shoe-shaped in this embodiment and plugged over the end of the Batteriepolverbinders 3.
  • the shoe-shaped insulator means 5 has a slot 51 or alternatively an opening 52, through which the electrically insulated connection pole 20 protrudes.
  • the insulator means 5 must be removed and the electrical contact between battery terminal 3 and associated terminal pole 20 are made.
  • the battery connector 3 by not shown here nuts that press on the battery case 21.
  • On the battery case 21 is still a terminal pole 20 enclosing and this electrically contacting Contact ring 201.
  • the protruding from the battery housings 1 1, 21 ends of the connection poles 10,20 are preferably designed as screw heads, for example, with an internal or external hexagon geometry.
  • FIG. 3 shows in highly schematic form a storage system for electrical energy.
  • a battery system 60 In a common housing 6, a battery system 60, an electrical inverter unit 61 and a control device 62 are arranged.
  • the electrical inverter unit 61 In a common housing 6, a battery system 60, an electrical inverter unit 61 and a control device 62 are arranged.
  • Inverter unit 61 has a connection for connecting an external DC or AC source E, for example a photovoltaic system, a small wind turbine or a block heating power, a connection for connecting a local building supply network for a private household or a
  • the control device 62 decides depending on various operating parameters from which of the various sources, how much energy in the building supply network, the public grid or in the
  • Battery system is steered. Using the battery system according to the invention, such fully integrated electrical energy storage for private households and businesses can be cheaper, more robust and durable produce.

Abstract

The invention relates to a battery system comprising secondary cells having the following features: a first battery (1), at least one further battery (2) and a regulation system for regulating the battery system voltage during the charging process, wherein the first battery (1) and each further battery (2) are each connected to a battery voltage regulator unit (4) in the form of a balancer for influencing the charging process, which battery voltage regulator unit measures various parameters, such as temperature of the batteries (1, 2), applied voltage, current flowing, and can pass on these parameters to a central processing station. Provision is made in accordance with the invention for the battery voltage regulator units (4) to be equipped with optocouplers (40) having optotransmitters and optoreceivers, via which data determined can be passed on to other battery voltage regulator units (4). Furthermore, the invention relates to a store system for storing electrical energy with the aid of a battery system according to the invention and to a method for bringing such a battery system into operation.

Description

Batteriesystem mit Batteriemanagementsystem, Speichersystem zur Speicherung elektrischer Energie mit einem solchen Batteriesystem und Verfahren zur  Battery system with battery management system, storage system for storing electrical energy with such a battery system and method for
Inbetriebnahme eines solchen Batteriesystems Commissioning of such a battery system
Die Erfindung betrifft ein aus mehreren Batterien oder aus mehreren elektrischen Sekundärzellen aufgebautes Batteriesystem mit einer Speicherkapazität von mehr als zwei kWh. Bevorzugt sind auch größere Systeme mit mehr als 4, 10, 20 oder 40 kWh im Einsatz. Das Batteriesystem weist ein Batteriemanagementsystem auf, das die The invention relates to a battery system constructed from a plurality of batteries or from a plurality of secondary electric cells with a storage capacity of more than two kWh. Larger systems with more than 4, 10, 20 or 40 kWh are also preferred. The battery system has a battery management system that includes the
Spannung der einzelnen Batterien regelt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Voltage of the individual batteries regulates. Furthermore, the invention relates to a
Speichersystem zur Speicherung elektrischer Energie mit einem solchen Storage system for storing electrical energy with such
Batteriesystem und ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines solchen Batteriesystems. Battery system and a method for commissioning such a battery system.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen Batteriesysteme eine Mehrzahl For the purposes of the present invention, battery systems have a plurality
miteinander gekoppelter Batterien oder eine Mehrzahl miteinander gekoppelter elektrischer Sekundärzellen auf. Die einzelnen Batterien sind wiederum aus einer Mehrzahl Sekundärzellen aufgebaut. Auch für den Fall, dass das Batteriesystem aus einer Mehrzahl gekoppelter einzelner elektrischer Sekundärzellen aufgebaut ist, werden die einzelnen Sekundärzellen im Folgenden zur Vereinfachung des Wortlauts auch als Batterien bezeichnet. In der Terminologie der vorliegenden Erfindung wird also auch eine einzelne Sekundärzelle als Batterie bezeichnet. Das Merkmal einer Batterie soll daher auch wortidentisch durch eine einzelne Sekundärzelle verwirklicht sein. Die Batterien und die daraus gebildeten Batteriesysteme können somit auf- und wieder entladen werden. Aufgrund dieser Eigenschaft lassen sich mit Hilfe derartiger Batteriesysteme elektrische Speichersysteme aufbauen, die nicht für den mutually coupled batteries or a plurality of coupled electrical secondary cells. The individual batteries are in turn made up of a plurality of secondary cells. Also in the event that the battery system is constructed from a plurality of coupled individual secondary electric cells, the individual secondary cells are also referred to below as "batteries" in order to simplify the wording. Thus, in the terminology of the present invention, a single secondary cell is also referred to as a battery. The feature of a battery should therefore also be word identical realized by a single secondary cell. The batteries and the battery systems formed therefrom can thus be charged and discharged again. Due to this property can be built with the help of such battery systems electrical storage systems that are not for the
unmittelbaren Verbrauch benötigte elektrische Energie aus externen Gleich- oder Wechselstromquellen für den zeitlich späteren Bedarf speichern. Derartige Gleich- und Wechselstromquellen sind beispielsweise Photovoltaik-Anlagen, Windkraftanlagen oder aber auch Blockheizkraftwerke. Diese Speichersysteme kommen insbesondere bei der Versorgung privater Haushalte und gewerblicher Betriebe mit elektrischer Energie zum Einsatz. Vor diesem Hintergrund sind Batteriesysteme erforderlich, die store immediate consumption of electrical energy from external DC or AC sources for later use. Such DC and AC sources are, for example, photovoltaic systems, wind turbines or even combined heat and power plants. These storage systems are used in particular for supplying private households and commercial enterprises with electrical energy. Against this background, battery systems are required
Energiespeicherkapazitäten von mehr als zwei kWh aufweisen, um wirtschaftlich zu sein. Die Wirtschaftlichkeit errechnet sich vor dem Hintergrund sinkender Einspeisevergütungen für regenerativ erzeugten Strom und gleichzeitig steigender Preise für elektrische Energie öffentlicher Versorger. Aufgrund der in Deutschland seit 2013 eingeführten staatlichen Förderung für die Anschaffung lokaler elektrischer Speichersysteme, nimmt die Nachfrage nach diesen Speichersystemen deutlich zu. Der Kosten- und Konkurrenzdruck zwischen den Herstellern derartiger Speichersysteme erfordert die stetige Weiterentwicklung insbesondere der in diesen Speichersystemen zum Einsatz kommenden Batteriesysteme. Have energy storage capacities of more than two kWh to economically be. The economic efficiency is calculated against the background of falling feed-in tariffs for renewable electricity and at the same time rising prices for electrical energy of public utilities. Due to the state subsidy for the purchase of local electrical storage systems introduced in Germany since 2013, the demand for these storage systems is growing significantly. The cost and competitive pressure between the manufacturers of such storage systems requires the continuous development, in particular of the battery systems used in these storage systems.
Von ihrer Speicherkapazität vergleichbare Batteriesysteme mit einer Größe von mehr als zwei kWh Energiespeicherkapazität sind aus der Kraftfahrzeugtechnik bekannt. Dort herrschen ähnliche Anforderungen, um die Herstellungskosten solcher From their storage capacity comparable battery systems with a size of more than two kWh energy storage capacity are known from automotive technology. There are similar requirements to the cost of such
Batteriesysteme durch ein vereinfachtes, zuverlässiges und robustes Systemdesign zu senken. Reduce battery systems with a simplified, reliable and robust system design.
Aus der FR2963591A ist ein aus Sekundärzellen aufgebautes Batteriesystem mit einer Speicherkapazität von mehr als zwei kWh bekannt. Es weist eine erste Batterie mit zwei ersten Anschlusspolen und einem ersten Batteriegehäuse mit einer ersten From FR2963591A a battery system constructed from secondary cells with a storage capacity of more than two kWh is known. It has a first battery with two first terminal poles and a first battery housing with a first
Batteriegehäuseoberfläche, mindestens eine weitere Batterie mit zwei weiteren Anschlusspolen und einem weiteren Batteriegehäuse mit einer weiteren Battery housing surface, at least one additional battery with two further connection poles and another battery housing with another
Batteriegehäuseoberfläche und ein Regelungssystem zur Regelung der Batteriesystem - Spannung auf. Einer der beiden ersten Anschlusspole der ersten Batterie als erster Verbindungspol mittels eines Batteriepolverbinders mit einem der beiden weiteren Anschlusspole der weiteren Batterie als zweiter Verbindungspol mechanisch gekoppelt und ein Koppelbereich der ersten Batteriegehäuseoberfläche ist formschlüssig an einem Koppelbereich der weiteren Batteriegehäuseoberfläche angeordnet. Viele Batteriegehäuse sind im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Allgemein ist es von Vorteil, wenn die zueinander formschlüssig angeordneten Koppelbereiche Battery casing surface and a control system for regulating the battery system voltage. One of the two first terminal poles of the first battery as the first connecting pole by means of a Batteriepolverbinders with one of the two other terminal poles of the other battery as the second connecting pole mechanically coupled and a coupling region of the first battery housing surface is positively arranged on a coupling region of the other battery housing surface. Many battery cases are essentially cuboid. In general, it is advantageous if the mutually positively arranged coupling regions
benachbarter Batterien deutlich über 20% der Batteriegehäuseoberflächen, noch bevorzugter über 33% der Batteriegehäuseoberflächen einnehmen. Ebenso sind jedoch auch Bauformen von Batterien bekannt, die eine zylindrische Batteriegehäuseoberfläche aufweisen. Werden diese zylindrischen Batterien mit ihren Zylindermänteln auf Stoß in einer dichten Packung angeordnet, so werden Adjacent batteries occupy well over 20% of the battery case surfaces, more preferably over 33% of the battery case surfaces. However, also designs of batteries are known which have a cylindrical Have battery case surface. If these cylindrical batteries are arranged with their cylinder jackets on impact in a tight package, so be
vergleichsweise kleine Koppelbereiche ausgebildet, die deutlich weniger als 10% der jeweiligen Batteriegehäuseoberflächen einnehmen. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass Zwischenelemente vorgesehen werden, die den Anteil der durch den Formschluss gebildeten Koppelbereiche an der Batteriegehäuseoberfläche erhöhen. Egal welche Geometrie die Batteriegehäuseoberflächen aufweisen, so lassen sich aus den nebeneinander und in gegenseitigem mechanischen Kontakt angeordneten Batterien Batteriesysteme bilden, die die gewünschten Parameter an Spannung und Kapazität aufweisen. formed comparatively small coupling areas, which occupy significantly less than 10% of the respective battery housing surfaces. However, it is also conceivable that intermediate elements are provided which increase the proportion of the coupling regions formed by the positive connection on the battery housing surface. Regardless of the geometry of the battery housing surfaces, battery systems arranged side by side and in mutual mechanical contact can form battery systems which have the desired parameters of voltage and capacitance.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch auf die Oberfläche von For the purposes of the present invention are also on the surface of
Batteriegehäusen aufgebrachte oder an diesen Oberflächen angeordnete flächige Zwischenlagen Bestandteile der Batteriegehäuseoberflächen. Battery housings applied or arranged on these surfaces planar spacers components of the battery housing surfaces.
Zur effizienten und langlebigen Nutzung derartiger Batteriesysteme ist es erforderlich, insbesondere den Aufladevorgang der Batterien unter Einsatz so genannter For efficient and durable use of such battery systems, it is necessary, in particular the charging process of the batteries using so-called
Batteriemanagement-Systeme zu betreiben. Ein solches Batteriemanagement-System überwacht beispielsweise Betriebsparameter wie beispielsweise die Spannung und die Temperaturverteilung des gesamten Batteriesystems und greift insbesondere dann regelnd ein, wenn wichtige Systemparameter aus den vorgegebenen Sollwerten zu laufen drohen. Jede Batterie ist daher mit einer als so genannter Balancer To operate battery management systems. Such a battery management system monitors, for example, operating parameters such as, for example, the voltage and the temperature distribution of the entire battery system and intervenes, in particular, when important system parameters threaten to run out of the predetermined desired values. Each battery is therefore with a so-called balancer
ausgebildeten Batterie-Spannungsreglereinheit zur Beeinflussung des Aufladevorganges verbunden, der verschiedene Parameter, wie z.B. Temperatur der Batterien, anliegende Spannung, fließenden Strom misst und an eine zentrale connected battery voltage regulator unit for influencing the charging process, the various parameters such. Temperature of the batteries, voltage applied, current flowing and connected to a central
Verarbeitungsstation weiterzugeben vermag. Allgemeiner gesprochen ist für den langjährigen und sicheren Betrieb derartiger Batteriesysteme ein als Processing station is able to pass on. More generally, for the long-term and safe operation of such battery systems as
Batteriemanagement-Systems bezeichnetes Regelungssystem erforderlich. Dies ist nicht zuletzt dadurch motiviert, dass es inzwischen erwartet wird, für elektrische Energiespeichersysteme mit derartigen Batteriesystemen herstellerseitig eine zwanzigjährige Gewährleistung zu geben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Batteriesystem zu schaffen, das auf den Langzeiteinsatz hin optimiert ist, einfach und robust aufgebaut ist und sich zudem kostengünstig herstellen lässt. Battery management system called control system required. This is not least motivated by the fact that it is now expected to give a twenty-year warranty for electrical energy storage systems with such battery systems manufacturer. The present invention is based on the object to provide a battery system that is optimized for long-term use out, is simple and robust and can also be produced inexpensively.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriesystem gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a battery system according to claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Batterie-Spannungsreglereinheiten mit Optokopplern aufweisend Lichtsender und Lichtempfänger ausgestattet sind, über welche ermittelte Daten an andere Batterie-Spannungsreglereinheiten weitergegeben werden können. According to the invention, it is provided that the battery voltage regulator units are equipped with optocouplers having light emitters and light receivers, via which ascertained data can be forwarded to other battery voltage regulator units.
Hiermit lassen sich die Daten sehr leicht potentialfrei übertragen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft ergeben, wenn die erste Batterie-Spannungsreglereinheit einen Kabelanschluss mit einem potentialtrennenden Interface aufweist, wodurch die Verbindung zu einer Verarbeitungsstation räumlich flexibel ausgestaltet werden kann. This allows the data to be transmitted very easily potential-free. It has proven to be particularly advantageous if the first battery voltage regulator unit has a cable connection with a potential-separating interface, whereby the connection to a processing station can be made spatially flexible.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass auch die letzte Batterie- Spannungsreglereinheit mit einem Kabelanschluss zum Verbinden mit einer weiteren Gruppe von Batterien versehen ist. A further advantageous embodiment is that the last battery voltage regulator unit is provided with a cable connection for connection to a further group of batteries.
Damit können räumlich unabhängig voneinander mehrere Gruppen von Batterien überwacht werden. This allows spatially independent monitoring of several groups of batteries.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahren zum Überwachen des Ladevorganges von aufladbaren Batteriesystemen aus mehreren Batterien, insbesondere solchen aus Lithiumverbindungen, die zum Aufladen in Reihe an eine Spannungsquelle According to an advantageous method for monitoring the charging process of rechargeable battery systems from a plurality of batteries, in particular those made of lithium compounds, for charging in series to a voltage source
angeschlossen sind, ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt die Batterien von der Verarbeitungsstation über in sogenannten Balancern angeordneten Lichtsender bzw. Lichtempfänger durchnummeriert werden. Infolge dieser Durchnummerierung können die anschließend übermittelten Messdaten jeder einzelnen Zelle bzw. Zellengruppe zugeordnet werden, so dass bei unzulässigen Abweichungen entweder automatisch oder manuell eingegriffen werden kann. are connected, it is provided that in a first step, the batteries are numbered by the processing station via arranged in so-called balancers light emitter or light receiver. As a result of this numbering, the subsequently transmitted measurement data of each individual cell or cell group be assigned so that in case of impermissible deviations can be intervened either automatically or manually.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, dass die Messdaten und/oder die Regelungsdatenjedes einzelnen Balancers über die Lichtsender bzw. Lichtempfänger an den benachbarten Balancer weitergegeben werden. Hierdurch wird erreicht, dass keine unmittelbare Verbindung der einzelnen Balancer zur Verarbeitungsstation notwendig ist, was sehr aufwendig wäre. A further advantageous embodiment is that the measurement data and / or the control data of each individual balancer are forwarded via the light emitter or light receiver to the adjacent balancer. This ensures that no direct connection of the individual balancer to the processing station is necessary, which would be very expensive.
Ebenfalls sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Messdaten jedes einzelnen Balancers an die Verarbeitungsstation weitergegeben werden. Damit können die Messdaten zentral aufbereitet werden um den Ladevorgang zu überwachen und zu steuern. It has also proven to be very advantageous if the measurement data of each individual balancer are forwarded to the processing station. This allows the measured data to be processed centrally to monitor and control the charging process.
Äußerst vorteilhaft ist es auch, wenn jeder Balancer den Ladevorgang einer It is also extremely advantageous if each balancer is charging one
Akkumulatorzelle bzw. Zellengruppe steuert, beispielsweise durch Anpassung der Ladespannung und/oder des Ladestroms. Dadurch wird eine optimale und schonende Ladung jeder einzelnen Einheit sichergestellt. Accumulator cell or cell group controls, for example by adjusting the charging voltage and / or the charging current. This ensures optimal and gentle charging of each individual unit.
Dabei ist es sehr vorteilhaft, wenn der Ladevorgang jedes Balancers durch die It is very advantageous if the loading of each balancer by the
Verarbeitungsstation gesteuert wird. Hierdurch ist der Ladevorgang zentral steuerbar und die einzelnen Einheiten können miteinander koordiniert werden. Processing station is controlled. As a result, the charging process is centrally controlled and the individual units can be coordinated with each other.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es auch sehr vorteilhaft, wenn der According to a further embodiment, it is also very advantageous if the
Ladezustand der Akkumulatorzelle bzw. Zellengruppe, Temperatur und/oder andere Messwerte erfasst werden und in die Regelung des Ladevorganges einfließt. Charging state of the battery cell or cell group, temperature and / or other measured values are detected and flows into the regulation of the charging process.
Dadurch werden Überladungen ebenso vermieden wie Unterladungen. Defekte können frühzeitig erkannt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform des Batteriesystems ist aufgebaut aus Sekundärzellen mit einer Speicherkapazität von mehr als zwei kWh, wobei die erste Batterie zwei erste Anschlusspole und ein erstes Batteriegehäuse mit einer ersten Batteriegehäuseoberfläche aufweist, die mindestens eine weitere Batterie zwei weitere Anschlusspole und ein weiteres Batteriegehäuse mit einer weiteren This will avoid overloads as well as underloads. Defects can be detected early. A preferred embodiment of the battery system is constructed from secondary cells with a storage capacity of more than two kWh, wherein the first battery has two first terminal poles and a first battery housing with a first battery housing surface, the at least one further battery two more terminal poles and another battery housing with another
Batteriegehäuseoberfläche aufweist und wobei einer der beiden ersten Anschlusspole der ersten Batterie als erster Verbindungspol mittels eines Batteriepolverbinders mit einem der beiden weiteren Anschlusspole der weiteren Batterie als zweiter Has battery housing surface and wherein one of the two first terminal poles of the first battery as the first connecting pole by means of a Batteriepolverbinders with one of the two other terminal poles of the other battery as the second
Verbindungspol mechanisch gekoppelt ist und ein Koppelbereich der ersten Link pole is mechanically coupled and a coupling region of the first
Batteriegehäuseoberfläche formschlüssig an einem Koppelbereich der weiteren Batteriegehäuseoberfläche angeordnet ist, wobei die Batterie- Spannungsreglereinheiten des Regelungssystems im Bereich zwischen den beiden ersten Anschlusspolen und im Bereich zwischen den beiden weiteren Anschlusspolen angeordnet und jeweils mit den beiden Anschlusspolen elektrisch kontaktiert sind. Battery housing surface is positively arranged on a coupling region of the other battery housing surface, wherein the battery voltage regulator units of the control system in the region between the two first terminal poles and in the region between the two further terminal poles are arranged and electrically contacted in each case with the two terminal poles.
Diese Batterie-Spannungsreglereinheiten messen als Betriebsparameter der ihnen zugeordneten Batterie zumindest deren Spannung und können diese auch im These battery voltage regulator units measure as operating parameters of their associated battery at least their voltage and can also in
Regelbetrieb verändern. Dies geschieht beispielsweise durch das kontrollierte Ableiten eines Stroms zwischen den beiden Anschlusspolen über einen Widerstand. Die lokale Anordnung der Batterie-Spannungsreglereinheiten an jeder Zelle selbst reduziert den Aufwand bei der elektrischen Kontaktierung jeder Batterie mit dem Regelungssystem des Batteriesystems. Die Batterie-Spannungsreglereinheiten sind bevorzugt mit Platinen ausgebildet, dass sich diese Platinen zwischen den beiden Anschlusspolen der Batterie erstrecken. Bevorzugt überragt der von den Batterie- Spannungsreglereinheiten eingenommene Bauraum die Anschlusspole der Batterien nicht oder nur um wenige Millimeter. Die Batterien übernehmen dabei auch die Energieversorgung der Batterie-Spannungsreglereinheiten. Diese Merkmale Change control mode. This happens, for example, by the controlled dissipation of a current between the two terminal poles via a resistor. The local arrangement of the battery voltage regulator units on each cell itself reduces the effort in the electrical contacting of each battery with the control system of the battery system. The battery voltage regulator units are preferably formed with boards that extend these boards between the two terminal poles of the battery. The installation space occupied by the battery voltage regulator units preferably does not project beyond the terminal poles of the batteries or only by a few millimeters. The batteries also take over the power supply of the battery voltage regulator units. These features
ermöglichen im Vergleich zu bekannten Batteriemanagement-Systemen die allow in comparison to known battery management systems the
Realisierung der gleichen Funktionalität mit einer reduzierten Anzahl an Bauteilen in einer zugleich kompakteren Bauform. Ergänzend zur Erfassung der elektrischen Batterie-Spannung ist es von Vorteil, wenn die Batterie-Spannungsreglereinheiten als weiteren Parameter auch die Temperatur der zugeordneten Batterien erfassen. Realization of the same functionality with a reduced number of components in a more compact design. In addition to detecting the electrical battery voltage, it is advantageous if the battery voltage regulator units detect the temperature of the associated batteries as a further parameter.
Die Batteriepolverbinder sind besonders kostengünstig und damit vorteilhaft als einstückige plattenförmige Bauelemente ausgebildet. Diese sind auf einfache Weise als Stanzteile aus Metallen, bevorzugt Kupfer, oder aus nicht-metallischen Leitern gebildet. Die plattenförmigen Batteriepolverbinder weisen bevorzugt eine The Batteriepolverbinder are particularly inexpensive and thus advantageously designed as one-piece plate-shaped components. These are formed in a simple manner as stampings made of metals, preferably copper, or non-metallic conductors. The plate-shaped battery pole connectors preferably have one
Materialstärke von mehr als zwei Millimetern auf. Dadurch ist zum einen Material thickness of more than two millimeters. This is for one thing
sichergestellt, dass sie die signifikanten Stromstärken leiten können ohne zu ensured that they can conduct the significant currents without
überhitzen und zum anderen tragen sie zu einer strukturellen Versteifung des aus den formschlüssig benachbart angeordneten Batterien gebildeten Batterienblocks bei. Die mechanische Kopplung der benachbarten Batterien durch mechanisch geklemmte, plattenförmige Batteriepolverbinder schafft einen robusten Aufbau des overheat and on the other hand they contribute to a structural stiffening of the battery block formed from the form-fitting adjacently arranged batteries. The mechanical coupling of the adjacent batteries by mechanically clamped, plate-shaped battery pole connector provides a robust construction of the
Batteriesystems. Battery system.
Die Optokoppler mit Lichtsender und Lichtempfänger der Batterie- Spannungsreglereinheiten benachbarter Batterien dienen der potentialfreien The optocouplers with light transmitter and light receiver of the battery voltage regulator units of adjacent batteries serve the potential-free
Datenübertragung zwischen den Batterie-Spannungsreglereinheiten. Dadurch dass an der Batterie-Spannungsreglereinheit eine optoelektronische Wandlung vorgenommen wird und die Datenübertragung beispielsweise über Laserdioden oder LEDs durch eine Luftfreistrecke erfolgt, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Zur Übertragung der Daten sind auf diese Weise keine elektrischen Kabelverbindungen notwendig. Durch die opto-elektronische Wandlung wird ein potentialfreier Datentransport von der Mess- und Regelelektronik der ersten Batterie-Spannungsreglereinheit zur Mess- und Data transfer between the battery voltage regulator units. The fact that an optoelectronic conversion is carried out on the battery voltage regulator unit and the data transmission takes place, for example, via laser diodes or LEDs through an air clearance, results in a number of advantages. To transfer the data in this way no electrical cable connections are necessary. Due to the opto-electronic conversion, a potential-free data transport from the measuring and control electronics of the first battery voltage regulator unit for measuring and
Regelelektronik der weiteren Batterie-Spannungsreglereinheit gewährleistet. Auch die beispielsweise in einer Batterie-Anordnung seriell kumulierenden Mess- und Control electronics of the other battery voltage regulator unit guaranteed. Also, for example, in a battery arrangement serially cumulative measurement and
Regeldaten einer großen Zahl seriell gekoppelter Batterien lassen sich über die miteinander kommunizierenden Optokoppler zuverlässig und sicher übertragen. Control data of a large number of serially coupled batteries can be reliably and safely transmitted via the mutually communicating optocouplers.
Weiterhin ist es vorteilhaft, diese Batterie-Spannungsreglereinheiten in einem optoelektronischen Daten- Busbetrieb zu betreiben. Ergänzend zu den vorangehend diskutierten Merkmalskombinationen ist es von Vorteil, wenn zumindest eine Batterie-Spannungsreglereinheit ein potentialtrennendes Furthermore, it is advantageous to operate these battery voltage regulator units in an optoelectronic data bus operation. In addition to the feature combinations discussed above, it is advantageous if at least one battery voltage regulator unit is a potential-separating
Interface mit einem Kabelanschluss aufweist. Dies ermöglicht die elektrische Kopplung aller Batterie-Spannungsreglereinheiten mit einer räumlich benachbart angeordneten Batterie oder einem räumlich benachbart angeordneten Batteriesystem. Interface with a cable connection. This allows the electrical coupling of all battery voltage regulator units with a spatially adjacent arranged battery or a spatially adjacent battery system.
Weiterhin ist es für alle vorangehend beschriebenen Varianten von Vorteil, dass die Batterie-Spannungsreglereinheiten derart ausgebildet sind, dass sich diese zwischen den Anschlusspolen der Batterien zumindest abschnittsweise beabstandet von den Batteriegehäusen erstrecken. Der Abstand zwischen Batteriegehäuse und den Furthermore, it is advantageous for all variants described above that the battery voltage regulator units are designed in such a way that they extend at least in sections from the battery housings between the terminal poles of the batteries. The distance between the battery case and the
Elektronik-Bauteilen der Batterie-Spannungsreglereinheiten ermöglicht die Electronic components of the battery voltage regulator units allows the
hinreichende Kühlung dieser Elektronik- Bauteile allein durch Konvektion. Die adequate cooling of these electronic components by convection alone. The
Kühlungswirkung lässt sich beispielsweise durch einen Kühlkörper erhöhen. Dabei ist es von Vorteil, den Kühlkörper auf der Oberseite und die zu kühlenden Elektronik- Bauteile auf der Unterseite einer Platine vorzusehen. Bevorzugt sind bei dieser Bauform alle Elektronik-Bauteile der Batterie-Spannungsreglereinheiten auf der Unterseite der Platine angeordnet. Cooling effect can be increased for example by a heat sink. It is advantageous to provide the heat sink on the top and the electronic components to be cooled on the underside of a board. Preferably, all electronic components of the battery voltage regulator units are arranged on the underside of the board in this design.
Für alle vorangehend beschriebenen Batteriesysteme ist es vorteilhaft, dass der Batteriepolverbinder gegenüber dem ersten oder gegenüber dem zweiten For all the battery systems described above, it is advantageous for the battery pole connector to be opposite the first or second
Verbindungspol durch ein an dem Batteriepolverbinder angeordnetes Isolatormittel elektrisch isoliert ist. Diese Anordnung ist wichtig für den Transport derartiger Connecting pole is electrically insulated by a arranged on the Batteriepolverbinder insulator. This arrangement is important for the transport of such
Batteriesysteme. Üblicherweise werden die Batteriesysteme als Bestandteil Battery systems. Usually the battery systems become part of it
elektrischer Speichersysteme vom Installationsort aus in einem vorgeladenen Zustand verschickt. Zur Erhöhung der Sicherheit beim Transport ist es erforderlich die vorgeladenen Batterien elektrisch voneinander zu trennen. Um jedoch den electrical storage systems shipped from the installation site in a preloaded state. To increase safety during transport, it is necessary to electrically separate the precharged batteries from each other. However, to the
Installations- und Montageaufwand und somit die dadurch generierten Installation and assembly work and thus generated thereby
Inbetriebnahme- Kosten am Zielort zu minimieren, ist es vorteilhaft, die elektrische Verschaltungsstruktur für die benachbart angeordneten Batterien in ihrer Struktur min mechanischer Hinsicht vollständig oder zumindest fast vollständig auszubilden. Elektrisch ist der Kontakt zwischen den Polen der benachbarten Batterien jedoch aufgrund der Isolatormittel unterbunden. Minimizing commissioning costs at the destination, it is advantageous to completely or at least almost completely form the electrical interconnection structure for the adjacently arranged batteries in their structure min mechanical point. Electrically, however, the contact between the poles of the adjacent batteries is prevented due to the isolator means.
Zur Erhöhung der Transportsicherheit bei Vibrationen und Erschütterungen ist es von Vorteil, dass das Isolatormittel mechanisch zwischen dem Batteriepolverbinder und dem ersten Verbindungspol oder dem zweiten Verbindungspol geklemmt ist oder schuhförmig den Batteriepolverbinder im Bereich des ersten Verbindungspols oder im Bereich des zweiten Verbindungspols umschließt. To increase the transport safety in the case of vibrations and shocks, it is advantageous that the insulator means is mechanically clamped between the battery pole connector and the first connection pole or the second connection pole or encloses the battery terminal in the region of the first connection pole or in the region of the second connection pole in shoe form.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass das Isolatormittel als Plättchen oder als Schuh mit einem Außenrand und einem Innenbereich ausgebildet ist, wobei ein Schlitz vom Außenrand in den Innenbereich hinein ragt. Aufgrund des vorhandenen Schlitzes lässt sich das Isolatormittel am Zielort bei der Inbetriebnahme einfacher entfernen. Sollte es mechanisch geklemmt sein, so muss zunächst die mechanische Klemmung gelockert werden, danach kann das Isolatormittel dann entlang der A particular advantage is that the insulator means is formed as a plate or shoe with an outer edge and an inner region, wherein a slot protrudes from the outer edge into the inner region. Due to the existing slot, the isolator means at the destination during commissioning can be removed more easily. If it is mechanically clamped, the mechanical clamping must first be loosened, then the insulator can then be moved along the
Erstreckungsrichtung des Schlitzes abgezogen werden. Besonders einfach ist dies für das Montagepersonal möglich, wenn im Bereich des Außenrands eine Griffeinrichtung zum manuellen Abziehen des Isolatormittels vom Batteriepolverbinder vorgesehen ist. Diese Halteeinrichtung kann beispielsweise als Lasche oder als ringförmiger Griff ausgebildet sein. Extending direction of the slot are deducted. This is particularly easy for the assembly staff possible if in the region of the outer edge of a grip device for manual removal of the insulating means is provided by the Batteriepolverbinder. This holding device may be formed, for example, as a tab or as an annular handle.
Ebenso ist denkbar, dass das Isolatormittel eine Öffnung aufweist durch die eine den Anschlusspol einer Batterie bildende Polschraube mit dem den Anschlusspol bildenden Schraubenkopf hindurchgreift. Zum Entfernen dieses Isolatormittels ist das Likewise, it is conceivable that the insulator means has an opening through which a pole screw forming the terminal pole of a battery engages with the screw head forming the terminal pole. To remove this isolator agent is the
Herausnehmen der Polschraube erforderlich oder zwischen der Öffnung und dem Außenrand des Isolatormittels ist eine Sollbruchstelle ausgebildet. Dann lässt sich das Isolatormittel durch Aufreißen entfernen. Removing the pole screw required or between the opening and the outer edge of the insulator means a predetermined breaking point is formed. Then the insulator can be removed by tearing.
Ebenso ist denkbar, dass die Polschraube an den Anschlusspolen, wo ein Isolatormittel angeordnet ist, entfernt ist. Zwischen dem Batteriepolverbinder und dem Polsockel der Batterie ist das Isolatormittel geklemmt oder mittels zusätzlicher Eingriffsmittel in die Gewindeöffnung der Polschraube geklemmt. It is also conceivable that the pole screw at the terminal poles, where an insulator means is arranged, is removed. Between the battery pole connector and the pole socket the battery is clamped the insulator means or clamped by means of additional engagement means in the threaded opening of the terminal screw.
Zum Herstellen eines sicheren Transportzustands des Batteriesystems ist es ergänzend erforderlich elektrisch isolierende Batteriepolkappen auf den Anschlusspolen der Batterien des Batteriesystems anzuordnen. In order to establish a safe transport state of the battery system, it is additionally necessary to arrange electrically insulating battery pole caps on the terminal poles of the batteries of the battery system.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Speichersystem zur Speicherung elektrischer Energie mit zumindest den folgenden in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Baugruppen: ein Batteriesystem mit einer der vorangehend beschriebenen Furthermore, the invention relates to a storage system for storing electrical energy with at least the following arranged in a common housing assemblies: a battery system with one of the previously described
Merkmalskombinationen, eine elektrische Wechselrichtereinheit zum Anschluss des Batteriesystems an eine externe Gleich- oder Wechselstromquelle und zum Anschluss des Batteriesystems an ein lokales Gebäudeversorgungsnetz und eine Feature combinations, an electrical inverter unit for connecting the battery system to an external DC or AC power source and for connecting the battery system to a local building supply network and a
Steuerungseinrichtung zur Steuerung des angeschlossenen Speichersystems mit Hilfe seiner Baugruppen. Über die vorangehend genannten Baugruppen hinaus können eine Vielzahl weiterer Baugruppen und damit verbundener Funktionalitäten vorhanden sein. Dies betrifft insbesondere Messtechnik wie zum Beispiel Stromzähler oder Energieverbrauchs-Management-Systeme. Die vorangehend beschriebenen Vorteile ermöglichen somit auch die kostengünstigere und robustere Herstellung elektrischer Speichersysteme, die im Insel- oder Parallelbetrieb zu den Versorgernetzen Haushalte oder Gewerbebetriebe im Zusammenspiel mit regenerativer Energieerzeugung mit elektrischer Energie versorgen. Control device for controlling the connected storage system with the aid of its modules. In addition to the aforementioned assemblies, a variety of other modules and related functionality may be present. This applies in particular to measuring technology such as electricity meters or energy consumption management systems. The advantages described above thus also enable the more cost-effective and robust production of electrical storage systems that supply households or commercial enterprises in island or parallel operation to the utility networks in conjunction with regenerative energy production with electrical energy.
Abschließend betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Batteriesystems mit den folgenden Schritten: Finally, the invention also relates to a method for starting up a battery system with the following steps:
• Bereitstellen eines Batteriesystems in einer der vorangehend beschriebenen Merkmalskombinationen mit Isolatormitteln,  Providing a battery system in one of the above-described feature combinations with isolator means,
• Entfernen der Isolatormittel () von den Batteriepolverbindern () und  • Remove the insulator () from the battery post connectors () and
• Herstellen eines mechanisch festen, elektrischen Kontakts der  • Making a mechanically strong, electrical contact of the
Batteriepolverbinder im Bereich vorangehend entfernter Isolatormittel (). Mit diesem Verfahren wird der Montageaufwand von Batteriesystemen und elektrischen Energiespeichern mit solchen Batteriesystemen am Zielort für die Inbetriebnahme erheblich vereinfacht. Bisher wurden die einzelnen Bauteile wie Batterien, Batteriepolverbinder, Elektronik für das Batteriemanagement komplett oder zum großen Teil am Zielort zusammen gebaut. Das Batteriesystem mit dem Isolatormittel ermöglicht hingegen einen sicheren Transport gemäß amtlicher Vorschriften für den Gefahrguttransport bei gleichzeitig maximierter Vormontage am Herstellungsort. Battery pole connector in the area of previously removed insulator means (12). With this method, the assembly work of battery systems and electrical energy storage with such battery systems at the destination for commissioning is greatly simplified. So far, the individual components such as batteries, Batteriepolverbinder, electronics for battery management were completely or largely built together at the destination. The battery system with the isolator means, however, allows safe transport according to official regulations for the transport of dangerous goods with maximized pre-assembly at the place of manufacture.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend rein beispielhaft anhand der Figuren erläutert. A preferred embodiment of the invention will be explained below purely by way of example with reference to FIGS.
Es zeigt: It shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems als Aufsicht, FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery system as a top view,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts entlang der Linie II -II aus Figure 2 is a schematic representation of a section along the line II -II from
Figur 1 und  Figure 1 and
Figur 3 eine schematische Darstellung eines intelligenten Speichersystems für elektrische Energie mit einem Batteriesystem. Figure 3 is a schematic representation of an intelligent storage system for electrical energy with a battery system.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 60 als Aufsicht. Das Batteriesystem 60 ist aus einer ersten Batterie 1 und einer Mehrzahl weiterer FIG. 1 shows a schematic representation of a battery system 60 as a top view. The battery system 60 is composed of a first battery 1 and a plurality of others
Batterien 2 aufgebaut, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. Das erste Batteries 2 constructed, which are mechanically coupled together. The first
Batteriegehäuse 1 1 und die weiteren Batteriegehäuse 21 sind gleich aufgebaut und weisen jeweils im Wesentlichen quaderförmige Gehäuseoberflächen auf. Battery housing 1 1 and the other battery case 21 are the same structure and each have substantially cuboid housing surfaces.
Die erste Batterien 1 zeigt auf Ihrer hier gezeigten Oberseite zwei erste The first battery 1 shows two on its upper side shown here
Anschlusspole 10, die jeweils mit elektrisch isolierenden ersten Terminal posts 10, each with electrically insulating first
Anschlusspolkappen 100 verdeckt sind. Jede der weiteren Batterien 2 zeigt ebenfalls jeweils zwei weitere Anschlusspole 20, die mit elektrisch isolierenden zweiten Anschlusspolkappen 200 verdeckt sind. Im Bereich zwischen den zwei Terminal pole caps 100 are covered. Each of the further batteries 2 also shows in each case two further connection poles 20, which are provided with electrically insulating second Terminal pole caps 200 are covered. In the area between the two
Anschlusspolen 10,20 der Batterien 1 ,2 erstreckt sich jeweils eine Batterie- Spannungsregelungseinrichtung 4, die eine Platine aufweist. Auf der in Figur 1 dargestellten Platinen-Oberseite ist nur ein Kühlkörper 42 für die auf der Platinen- Unterseite montierten und daher in dieser Darstellung nicht erkennbaren Elektronik- Bauteile der Batterie-Spannungsregelungseinrichtung 4 vorgesehen. Die quaderförmige erste Batterie 1 und die weitere Batterie 2 sind so angeordnet, dass diese mit ihrer jeweils größten Außenfläche als Koppelbereich der ersten Connecting poles 10,20 of the batteries 1, 2 each have a battery voltage control device 4, which has a circuit board. On the top side of the board shown in FIG. 1, only one heat sink 42 is provided for the electronic components of the battery voltage regulation device 4 mounted on the underside of the board and therefore not recognizable in this illustration. The cuboidal first battery 1 and the further battery 2 are arranged so that these with their respective largest outer surface as a coupling region of the first
Batteriegehäuseoberfläche 110 und als Koppelbereich der weiteren Battery housing surface 110 and as a coupling region of the other
Batteriegehäuseoberfläche 210 formschlüssig aneinander liegen. In entsprechend formschlüssiger Anordnung lassen sich viele weitere Batterien 2 ankoppeln. Battery housing surface 210 form-fitting together. In accordance with positive arrangement, many more batteries 2 can be coupled.
Mechanisch sind die benachbart angeordneten Batterien 1 ,2 über mehrere Mechanically, the adjacently arranged batteries 1, 2 are more than one
Batteriepolverbinder 3 miteinander gekoppelt. Die Batteriepolverbinder 3 sind als Kupferblech-Stanzteile in einer Materialstärke von mehreren Millimetern ausgebildet. Von einem ersten Anschlusspol 10 der ersten Batterie 1 zu einem weiteren Battery pole connector 3 coupled together. The Batteriepolverbinder 3 are formed as copper sheet stampings in a material thickness of several millimeters. From a first connection pole 10 of the first battery 1 to another
Anschlusspol 20 der benachbart angeordneten weiteren Batterie 2 erstreckt sich ein erster Batteriepolverbinder 3. Abhängig davon, ob die erste Batterie 1 und die weitere Batterie 2 in Serie oder parallel verschaltet werden sollen, ist die Polarität der über den Batteriepolverbinder 3 gekoppelten ersten und weiteren Anschlusspole 10,20 ausgewählt. Die räumliche Anordnung von Plus- und Minuspol der ersten Depending on whether the first battery 1 and the further battery 2 are to be connected in series or in parallel, the polarity of the first and further connection poles 10 coupled via the battery pole connector 3 is 10 , 20 selected. The spatial arrangement of plus and minus pole of the first
Anschlusspole 10 und der weiteren Anschlusspole 20 und die Anordnung der Connecting poles 10 and the other terminal poles 20 and the arrangement of
Batteriepolverbinder 3 bestimmt die Art der Batterieverschaltung. Ebenso ist denkbar parallel zu der hier gezeigten Reihe benachbarter Batterien 1 ,2 eine ebenso orientierte und formschlüssig aneinander liegende Abfolge von Batterien mittels eines Batteriepolverbinders anzukoppeln, der die entsprechende räumliche Orientierung aufweist. Battery pole connector 3 determines the type of battery connection. It is also conceivable parallel to the row of adjacent batteries 1, 2 shown here to couple a likewise oriented and form-fitting contiguous sequence of batteries by means of a Batteriepolverbinders having the corresponding spatial orientation.
Damit im Transportfall die mechanisch miteinander gekoppelten Batterien 1 ,2 in zuverlässiger weise elektrisch voneinander isoliert sind, ist ein Isolatormittel 5 in Form einer Scheibe oder eines Schuhs am oder um den Batteriepolverbinder 3 angeordnet. Dieses Isolatormittel 5 weist einen Schlitz 51 oder eine Öffnung 52 auf, damit im mechanisch gekoppelten Zustand der Batterien 1 ,2 ein Anschlusspol 10,20 durch das Isolatormittel 5 hindurch greifen kann. Bevorzugt weist das Isolatormittel 5 eine Griffeinrichtung 53 beispielsweise in Laschenform auf, damit sich das Isolatormittel 5 bei der Inbetriebnahme des Batteriesystems leicht manuell greifen und entfernen lässt. Thus, in the transport case, the mechanically mutually coupled batteries 1, 2 are electrically isolated from each other in a reliable manner, an insulator 5 is arranged in the form of a disc or a shoe on or around the Batteriepolverbinder 3. This insulator means 5 has a slot 51 or an opening 52, so that in the mechanically coupled state of the batteries 1, 2, a connection pole 10, 20 can reach through the insulator means 5. The isolator device 5 preferably has a gripping device 53, for example in the form of a tab, so that the isolator device 5 can be easily grasped and removed manually during the startup of the battery system.
Insbesondere der Aufbau der Batterie-Spannungsreglereinheit 4 ist in Figur 2 besser zu erkennen. Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II gemäß der in Figur 1 gezeigten Orientierung. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf vorangehend gemachte Ausführungen wird zur Vermeidung von In particular, the construction of the battery voltage regulator unit 4 can be seen better in FIG. Figure 2 shows a sectional view along the line II-II according to the orientation shown in Figure 1. Identical components are provided with the same reference numerals. The above statements are made to avoid
Wiederholungen verwiesen. Anders als in Figur 1 ist in dieser Perspektive erkennbar, dass sich die Batterie-Spannungsreglereinheit 4 zwischen den beiden weiteren References directed. Unlike in Figure 1, it can be seen in this perspective that the battery voltage regulator unit 4 between the two other
Anschlusspolen 20 der weiteren Batterie 2 beabstandet vom Batteriegehäuse 21 erstreckt, so dass ein Freiraum zwischen Platine und Batteriegehäuse 21 entsteht. Ein Teil dieses Freiraums wird ausgefüllt mit Regelungselektronik 43 und Optokoppler 40 aufweisend Lichtsender und Lichtempfänger als weitere Bauelemente der Batterie- Spannungsreglereinheit 4 neben der bereits in Figur 1 diskutierten und auf der Oberseite der Platine angebrachte Wärmesenke 42. Terminal poles 20 of the other battery 2 spaced from the battery housing 21 extends, so that a space between the board and battery housing 21 is formed. A portion of this space is filled with control electronics 43 and optocoupler 40 having light emitter and light receiver as further components of the battery voltage regulator unit 4 in addition to the already discussed in Figure 1 and mounted on the top of the board heat sink 42nd
Der linke weitere Anschlusspol 20 ist vom Batteriepolverbinder 3 sowohl nach oben als auch nach unten hin mittels des mechanisch eingeklemmten Isolatormittels 5 elektrisch isoliert. Das Isolatormittel ist in diesem Ausführungsbeispiel schuhförmig ausgebildet und über das Ende des Batteriepolverbinders 3 gesteckt. Das schuhformige Isolatormittel 5 weist einen Schlitz 51 oder alternativ eine Öffnung 52 auf, durch die der elektrisch isolierte Anschlusspol 20 ragt. Vor der der Inbetriebnahme des The left further connection pole 20 is electrically insulated from the battery pole connector 3 both upwards and downwards by means of the mechanically clamped insulator means 5. The insulator means is formed shoe-shaped in this embodiment and plugged over the end of the Batteriepolverbinders 3. The shoe-shaped insulator means 5 has a slot 51 or alternatively an opening 52, through which the electrically insulated connection pole 20 protrudes. Before the commissioning of the
Batteriesystems 60 müssen die Isolatormittel 5 entfernt und der elektrische Kontakt zwischen Batteriepolverbinder 3 und zugehörigem Anschlusspol 20 hergestellt werden. Dazu lässt sich der Batterieverbinder 3 durch hier nicht dargestellte Muttern, die auf das Batteriegehäuse 21 aufpressen. Auf dem Batteriegehäuse 21 befindet sich noch ein den Anschlusspol 20 umschließender und diesen elektrisch kontaktierender Kontaktring 201. Die aus den Batteriegehäusen 1 1 ,21 ragenden Enden der Anschlusspole 10,20 sind bevorzugt als Schraubenköpfen, beispielsweise mit einer Innen- oder Außensechskantgeometrie ausgebildet. Dadurch kann nach dem Entfernen des Isolatormittels 5 das Paket aus der Platine der Batterie-Spannungsreglereinheit 4, dem Batteriepolverbinder 3 und dem Kontaktring 201 des Anschlusspols 20 mechanisch zusammengepresst und somit der elektrische Kontakt fest eingerichtet werden. Battery system 60, the insulator means 5 must be removed and the electrical contact between battery terminal 3 and associated terminal pole 20 are made. For this purpose, the battery connector 3 by not shown here nuts that press on the battery case 21. On the battery case 21 is still a terminal pole 20 enclosing and this electrically contacting Contact ring 201. The protruding from the battery housings 1 1, 21 ends of the connection poles 10,20 are preferably designed as screw heads, for example, with an internal or external hexagon geometry. As a result, after removal of the insulating means 5, the package from the circuit board of the battery voltage regulator unit 4, the battery pole connector 3 and the contact ring 201 of the connection pole 20 can be compressed mechanically and thus the electrical contact can be firmly established.
Figur 3 zeigt in stark schematisierter Form ein Speichersystem für elektrische Energie. In einem gemeinsamen Gehäuse 6 sind ein Batteriesystems 60, eine elektrische Wechselrichtereinheit 61 und eine Steuerungseinrichtung 62 angeordnet. Die FIG. 3 shows in highly schematic form a storage system for electrical energy. In a common housing 6, a battery system 60, an electrical inverter unit 61 and a control device 62 are arranged. The
Wechselrichtereinheit 61 weist einen Anschluss zum Anschließen einer externen Gleich- oder Wechselstromquelle E, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, eine Kleinwindanlage oder ein Blockheizkraftwert, einen Anschluss zum Anschließen eines lokales Gebäudeversorgungsnetzes für einen Privathaushalt oder einen Inverter unit 61 has a connection for connecting an external DC or AC source E, for example a photovoltaic system, a small wind turbine or a block heating power, a connection for connecting a local building supply network for a private household or a
Gewerbebetrieb und einen Anschluss zum Anschließen eines externen Business operation and a connection for connecting an external
Energieversorgers auf. Die Steuerungseinrichtung 62 entscheidet abhängig von verschiedenen Betriebsparametern aus welcher der verschiedenen Quellen, wie viel Energie in das Gebäudeversorgungsnetz, das öffentliche Stromnetz oder in das Energy supplier. The control device 62 decides depending on various operating parameters from which of the various sources, how much energy in the building supply network, the public grid or in the
Batteriesystems gelenkt wird. Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Batteriesystems lassen sich solche voll-integrierte elektrische Energiespeicher für Privathaushalte und Gewerbebetriebe preisgünstiger, robuster und langlebiger herstellen. Battery system is steered. Using the battery system according to the invention, such fully integrated electrical energy storage for private households and businesses can be cheaper, more robust and durable produce.
Bezugszeichen liste: Reference number list:
1 erste Batterie 1 first battery
10 erste Anschlusspole  10 first connection poles
100 erste Anschlusspolkappen  100 first terminal pole caps
11 erstes Batteriegehäuse  11 first battery case
110 Koppelbereich der ersten Batteriegehäuseoberfläche 110 Coupling area of the first battery case surface
2 weitere Batterie 2 more battery
20 weitere Anschlusspole  20 additional connection poles
200 weitere Anschlusspolkappen  200 more terminal pole caps
201 Kontaktring  201 contact ring
21 weiteres Batteriegehäuse  21 additional battery case
210 Koppelbereich der weiteren Batteriegehäuseoberfläche 210 coupling region of the other battery case surface
3 Batteriepolverbinder 3 battery pole connector
4 Batterie-Spannungsreglereinheit  4 battery voltage regulator unit
40 Optokoppler  40 optocouplers
41 potentialtrennendes Interface  41 potential-separating interface
42 Wärmesenke  42 heat sink
43 Regelungselektronik  43 control electronics
5 Isolatormittel  5 insulator means
51 Schlitz des Isolatormittels  51 slot of the insulator means
52 Öffnung des Isolatormittels  52 Opening of the isolator
53 Griff einrichtung des Isolatormittels  53 Gripping device of the insulator means
6 Gehäuse des Speichersystems  6 housing of the storage system
60 Batteriesystem  60 battery system
61 elektrische Wechselrichtereinheit  61 electrical inverter unit
62 Steuerungseinrichtung  62 control device
E Anschluss für externe Gleich- oder Wechselstromquelle E Connection for external DC or AC source
N Anschluss für lokales Gebäudeversorgungsnetz N Connection for local building supply network
V Anschluss für externen Energieversorger  V connection for external energy supplier

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Batteriesystem aus Sekundärzellen aufweisend die folgenden Merkmale: 1. Battery system of secondary cells having the following features:
- eine erste Batterie (1 ),  a first battery (1),
- mindestens eine weitere Batterie (2) und  - At least one other battery (2) and
- ein Regelungssystem zur Regelung der Batteriesystem-Spannung während des Aufladevorganges,  a control system for regulating the battery system voltage during the charging process,
wobei die erste Batterie (1 ) und jede weitere Batterie (2) jeweils mit einer als Balancer ausgebildeten Batterie-Spannungsreglereinheit (4) zur Beeinflussung des Aufladevorganges verbunden sind, die verschiedene Parameter, wie Temperatur der Batterien (1 ,2), anliegende Spannung, fließenden Strom misst und an eine zentrale Verarbeitungsstation weiterzugeben vermag, wherein the first battery (1) and each further battery (2) are each connected to a battery voltage regulator unit (4) designed as a balancer for influencing the charging process, the various parameters, such as temperature of the batteries (1, 2), applied voltage, measures flowing electricity and passes it on to a central processing station,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Batterie-Spannungsreglereinheiten (4) mit Optokopplern (40) aufweisend the battery voltage regulator units (4) with optocouplers (40)
Lichtsender und Lichtempfänger ausgestattet sind, über welche ermittelte Daten an andere Batterie-Spannungsreglereinheiten (4) weitergegeben werden können. Light transmitter and light receiver are equipped, can be passed on which determined data to other battery voltage regulator units (4).
2. Batteriesystem gemäß Anspruch 1 aufgebaut aus Sekundärzellen mit einer 2. Battery system according to claim 1 constructed of secondary cells with a
Speicherkapazität von mehr als zwei kWh, wobei Storage capacity of more than two kWh, where
- die erste Batterie (1 ) zwei erste Anschlusspole (10) und ein erstes  - The first battery (1) has two first terminal poles (10) and a first
Batteriegehäuse (11 ) mit einer ersten Batteriegehäuseoberfläche aufweist, Battery housing (11) having a first battery housing surface,
- die mindestens eine weitere Batterie (2) zwei weitere Anschlusspole (20) und ein weiteres Batteriegehäuse (21 ) mit einer weiteren Batteriegehäuseoberfläche aufweist und wobei einer der beiden ersten Anschlusspole (10) der ersten Batterie (1 ) als erster Verbindungspol mittels eines Batteriepolverbinders (3) mit einem der beiden weiteren Anschlusspole (20) der weiteren Batterie (2) als zweiter Verbindungspol mechanisch gekoppelt ist und ein Koppelbereich der ersten Batteriegehäuseoberfläche (1 10) formschlüssig an einem Koppelbereich der weiteren Batteriegehäuseoberfläche (210) angeordnet ist, wobei die Batterie-Spannungsreglereinheiten (4) des Regelungssystems im Bereich zwischen den beiden ersten Anschlusspolen (10) und im Bereich zwischen den beiden weiteren Anschlusspolen (20) angeordnet und jeweils mit den beiden Anschlusspolen (10,20) elektrisch kontaktiert sind. - The at least one further battery (2) has two further connection poles (20) and a further battery housing (21) with a further battery housing surface and wherein one of the two first connection poles (10) of the first battery (1) as a first connecting pole by means of a Batteriepolverbinders ( 3) is mechanically coupled to one of the two further connecting poles (20) of the further battery (2) as the second connecting pole and a coupling region of the first battery housing surface (110) is arranged in a form-locking manner at a coupling region of the further battery housing surface (210), wherein the battery Voltage regulator units (4) of the control system in the region between the two first terminal poles (10) and in the range between the two further terminal poles (20) are arranged and each electrically contacted with the two terminal poles (10,20).
3. Batteriesystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Batterie-Spannungsreglereinheit (4) ein potentialtrennendes Interface (41 ) mit einem Kabelanschluss aufweist. 3. Battery system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one battery voltage regulator unit (4) has a potential-separating interface (41) with a cable connection.
4. Batteriesystem gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Spannungsreglereinheiten (4) derart ausgebildet sind, dass sich diese zwischen den Anschlusspolen (10,20) der Batterien (1 ,2) zumindest abschnittsweise beabstandet von den Batteriegehäusen (1 1 ,21 ) erstrecken. 4. Battery system according to one of claims 2 or 3, characterized in that the battery voltage regulator units (4) are formed such that these between the terminal poles (10,20) of the batteries (1, 2) at least partially spaced from the battery housings (1 1, 21) extend.
5. Batteriesystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriepolverbinder (3) gegenüber dem ersten oder gegenüber dem zweiten Verbindungspol durch ein an dem Batteriepolverbinder (3) angeordnetes Isolatormittel (5) elektrisch isoliert ist. 5. Battery system according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that the Batteriepolverbinder (3) with respect to the first or opposite the second connecting pole by an on the Batteriepolverbinder (3) arranged insulator means (5) is electrically isolated.
6. Batteriesystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 6. Battery system according to claim 5, characterized in that the
Isolatormittel (5) mechanisch zwischen den Batteriepolverbinder (3) und den ersten Verbindungspol oder zwischen den Batteriepolverbinder (3) und den zweiten Insulator means (5) mechanically between the battery pole connector (3) and the first connection pole or between the battery pole connector (3) and the second
Verbindungspol geklemmt ist oder schuhförmig den Batteriepolverbinder (3) im Connection pole is clamped or shoe-shaped battery pole connector (3) in
Bereich des ersten Verbindungspols oder im Bereich des zweiten Verbindungspols umschließt. Area of the first connection pole or in the region of the second connection pole encloses.
7. Batteriesystem gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatormittel (5) als Plättchen oder als Schuh mit einem Außenrand und einem Innenbereich ausgebildet ist, wobei ein Schlitz (51 ) vom Außenrand in den 7. Battery system according to one of claims 5 or 6, characterized in that the insulator means (5) is formed as a plate or shoe with an outer edge and an inner region, wherein a slot (51) from the outer edge in the
Innenbereich hinein ragt oder eine Öffnung (52) im Innenbereich ausgebildet ist. Inside area protrudes or an opening (52) is formed in the interior.
8. Batteriesystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Außenrands eine Griffeinrichtung (53) zum manuellen Abziehen des Isolatormittels (5) vom Batteriepolverbinder (3) vorgesehen ist. 8. Battery system according to one of claims 5 to 7, characterized in that in the region of the outer edge, a gripping device (53) for manually removing the insulator means (5) from the Batteriepolverbinder (3) is provided.
9. Speichersystem zur Speicherung elektrischer Energie mit folgenden in einem gemeinsamen Gehäuse (6) angeordneten Baugruppen: 9. Storage system for storing electrical energy with the following in a common housing (6) arranged assemblies:
- ein Batteriesystem (60) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,  a battery system (60) according to one of the preceding claims,
- eine elektrische Wechselrichtereinheit (61 ) zum Anschluss des Batteriesystems (60) an eine externe Gleich- oder Wechselstromquelle (E) und zum Anschluss des  an electrical inverter unit (61) for connecting the battery system (60) to an external direct or alternating current source (E) and for connecting the battery
Batteriesystems (60) an ein lokales Gebäudeversorgungsnetz (N) und Battery system (60) to a local building supply network (N) and
- eine Steuerungseinrichtung (62) zur Steuerung des angeschlossenen Speichersystems mit Hilfe seiner Baugruppen.  - A control device (62) for controlling the connected storage system by means of its modules.
10. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Batteriesystems mit den folgenden Schritten,10. Method for starting up a battery system with the following steps,
• Bereitstellen eines Batteriesystems gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9,Provision of a battery system according to one of claims 5 to 9,
• Entfernen der Isolatormittel (5) von den Batteriepolverbindern (3) und• Remove the insulator means (5) from the battery pole connectors (3) and
• Herstellen eines mechanisch festen, elektrischen Kontakts der • Making a mechanically strong, electrical contact of the
Batteriepolverbinder (3) im Bereich vorangehend entfernter Isolatormittel (5).  Battery pole connector (3) in the area of previously removed isolator means (5).
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