WO2015107096A1 - Energiespeichersystem und verfahren zum steigern der effizienz eines energiespeichersystems - Google Patents

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Thomas LUETH
Ulrich Richter
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Definitions

  • the invention relates to an energy storage system with a first
  • Voltage converter which can be connected to a power supply network, a connected to the first voltage converter DC link and at least a second and a third voltage converter, which are connected to the DC link, wherein at least one energy storage is connectable to the second and the third voltage converter.
  • the invention relates to a method for increasing the efficiency of an energy storage system with an intermediate circuit and at least two voltage transformers which are connected to an intermediate circuit, wherein at least one energy store can be connected to each voltage converter.
  • Alternative energies are becoming increasingly important.
  • the problem with alternative energies, such as solar or wind power, is that the times of power generation can not be influenced and excess energy must be cached, so that it is available at times when no energy can be generated. It is therefore necessary to use energy storage systems.
  • Energy storage systems are associated with losses that should be avoided.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • Energy storage system with a first voltage converter, which is connected to a power supply network, one to the first
  • Voltage converter connected intermediate circuit and at least a second and a third voltage converter connected to a
  • the second and the third voltage converter in each case at least one energy storage is connectable, wherein the energy storage system comprises a controller which is connected to the second and third voltage converter and arranged, the second and third voltage converter
  • Energy storage system such an energy transfer in each
  • the energy storage devices can be conventional batteries or electrochemical or physical membranes.
  • flow batteries redox flow cells
  • energy stores can be provided as energy stores.
  • the controller can be set up to control the second and third voltage transformers in such a way that energy from the
  • the controller is set up to monitor the voltage at the second and third voltage transformers, in particular the voltages at the energy storage terminals of the voltage transformers. This makes it possible to detect whether energy from an energy store which is connected to one of the voltage transformers is to be transmitted to an energy store which is connected to the second voltage converter.
  • controller can be set up, the charging status or
  • the controller may be further configured to control the voltage transformers in terms of their performance. Thereby, the memory state or state of charge of the connectable energy storage can be controlled.
  • the controller may further be connected to the first voltage converter and configured to control the first voltage converter with respect to its power flow direction. Thus, it can be influenced by the controller, whether energy is transferred from the energy storage system via the first voltage converter to the power grid or vice versa the connectable energy storage of the energy storage system via the first voltage converter to the power supply network are connected, so that energy from the power supply network in the connectable energy storage
  • the first voltage converter can be network-controlled or self-guided.
  • a mains-driven first voltage converter is advantageous if the
  • Power grid is a public power grid or a network with a directly coupled rotating machine.
  • a self-commutated first voltage converter is advantageous when the power grid is islanding without directly coupled rotating machines.
  • the first voltage converter can be switched off.
  • the controller may be configured to turn off the first voltage converter while the second and third voltage converters continue to run and energy from one
  • the energy storage system can be connected to the energy storage system according to the invention or the energy storage system can be connected to only one type of energy storage, for example, only to flow batteries.
  • the controller may be configured to charge and discharge a plurality of flow batteries, all connected to a common pair of electrolytes, connectable to the energy storage system. Such a system can be very energy efficient.
  • the controller may be configured to charge and discharge a plurality of flux batteries and at least one other energy storage of another type.
  • energy storage of another kind e.g. a lead accumulator may be provided.
  • the controller can be designed with a
  • the first voltage converter can be used as bidirectional inverter and / or the second and third voltage converter as be formed bidirectional DC / DC converter.
  • the first voltage converter can be designed as a bidirectional AC / DC converter. Through the bidirectional AC / DC converter, it is possible to remove energy from a single- or multi-phase power supply network and supply the DC link or remove energy from the energy storage devices via the DC link and feed it into the single- or multi-phase power grid.
  • DC / DC converters are bidirectional, energy can be transferred from the energy storage devices to the DC link, and energy can also be transferred from the DC link to the energy storage devices.
  • the second and third voltage transformers can be isolated potential. This can ensure that an energy transfer between two energy stores takes place exclusively via the voltage transformers.
  • Transformers can be used in the second and third voltage transformers
  • DC link voltage can be achieved energy-efficiently.
  • the DC link voltage can be between 700V and 1500V.
  • the DC link voltage can be by a factor of 10 or higher than the voltage at the connectable energy storage devices.
  • the first voltage converter can convert the energy very efficiently and realized cost-effectively. In particular, it does not need to be designed separately potential.
  • only a comparatively small current flows in the intermediate circuit with respect to the current, which would flow at an intermediate circuit voltage at 48 V, for example. Thus decrease the copper losses. In addition, less copper is needed, which keeps the cost of the energy storage system low.
  • the first voltage converter can be isolated potential.
  • the first voltage converter can be designed for connection to a single-phase or multi-phase, in particular three-phase, power supply network.
  • Each voltage converter can be designed as a resonant voltage converter. In this way, energy can be converted very efficiently.
  • the controller can be designed as a self-learning controller.
  • the controller may be designed so that it learns to empty or recharge individual energy storage devices depending on the daily power requirement or cycle.
  • the controller may have a communication link with a so-called “smart grid.”
  • the term “smart grid” includes the communicative networking and control of power generators, storage, electrical loads, and network resources in power transmission and distribution networks of the electricity supply. Such a controller can also work in one
  • Island power network be advantageous.
  • Such a control may also be advantageous in a quasi-island power network.
  • a quasi-island power network has a connection to the public power grid, but uses this controlled.
  • electrical energy can be stored if it is cheap in the public power grid and then made available to the quasi-island power grid.
  • the electrical energy in the public electricity network is more expensive, a transfer of energy from the energy storage in the quasi-island grid can be done.
  • the energy can be made available to the public grid even if the energy in the public grid can be sold at high cost.
  • the energy storage system is specially designed to overcapacity in the public grid in the connectable
  • the scope of the invention also includes a
  • Energy storage system arrangement with a plurality of energy storage systems according to the invention, wherein the energy storage systems have a common control. This makes it possible, first, an energy transfer between the energy stores within a
  • the joint control makes it possible to optimize both the energy flow between the individual energy storage devices and between the energy storage systems.
  • This one common control can be realized as a master control in an energy storage system.
  • the master controller can then use the controls of other energy storage systems
  • DC link voltage of two energy storage systems can be connected or connected. Then the energy can be transhipped very energy-saving from energy storage devices of various energy storage systems.
  • Voltage converter are controlled in terms of their power flow direction, in particular at the same time the power flow direction is controlled in the one power converter in the reverse direction as the power flow direction in the other voltage converter. Because of this
  • Energy storage system can be increased.
  • the energy storage system may comprise a further voltage converter which is connected to the intermediate circuit, wherein a
  • Energy transfer of at least one energy storage device via one of the first two voltage transformers and the intermediate circuit to the other voltage converter or vice versa is performed. This makes it possible to transfer energy from an energy store to a power supply network which is connected to a further voltage converter. In addition, it is possible to transfer energy from the power grid to an energy store and store it there.
  • the power of the voltage converter can be controlled. In particular, the power of the voltage converter can be controlled so that energy losses are kept low. For this purpose it can also be provided that the state of charge of the energy store is monitored.
  • Voltage converter continue to run and transfer energy from one energy storage to another energy storage.
  • Energetically it may be beneficial, instead of holding a plurality of energy storage in a partially charged state, to completely empty an energy store, in particular to empty it, that the energy stored in it is fed to another energy store.
  • Energy storage of the energy storage system can be performed and then an energy transfer between at least two
  • Fig. 1 is a schematic representation of an energy storage system
  • Fig. 2 is a schematic representation of an energy storage system arrangement.
  • FIG. 1 shows an energy storage system 1, which has a first voltage converter 2 which is connected to a single-phase or multi-phase
  • the first voltage converter 2 can be designed as a bidirectional AC / DC converter in particular. It is connected to a DC link 4, to which in turn a second and a third voltage converter 5, 6 are connected.
  • the first voltage converter 2 can be designed as a bidirectional AC / DC converter in particular. It is connected to a DC link 4, to which in turn a second and a third voltage converter 5, 6 are connected.
  • Voltage transformers 5, 6 can be used, for example, as particular
  • the voltage transformers 5, 6 are each connectable to one or more energy stores 7 to 10, wherein in the shown
  • the energy storage 8 to 10 could also be connected in parallel to the voltage converter 6.
  • the energy storage system 1 a controller 11, which with both the first voltage converter 2 and with the
  • Voltage converters 5, 6 is connected and is arranged to control these.
  • the controller 11 is set up, the
  • the controller 11, the voltage converter 5, 6 control so that, for example, energy from the energy storage 7 via the voltage converter 5, the intermediate circuit 4 and the voltage converter 6 is transferred to the energy storage 8 or vice versa.
  • the controller 11, the voltage converter 2 off.
  • the controller 11, the voltage converter 2, 5, 6 control so that a power flow from the power supply network 3 via the voltage converter 2, the
  • the controller can only one of the
  • Voltage converters 5, 6 drive so that, for example, only one
  • the controller 11 can control the power flow so that, for example, energy stored in the energy store 7 via the voltage converter 5, the intermediate circuit 4 and the voltage converter 2 in the
  • Power supply network 3 is fed.
  • a plurality of energy storage systems 1, which are designed in accordance with the energy storage system 1 of FIG. 1, are connected to a common controller 12.
  • the controller 12 and the controller 11 may be united.
  • Figure 2 which represents an energy storage system arrangement 20, it is possible, first the energy storage systems 1 in terms of
  • one or more energy storage 7 to 10 are emptied, in particular their energy in one or more of the other energy storage 7 to 10 is reloaded. Then you can also get energy from one of the
  • Energy storage systems 1 are transferred to the other energy storage system 1 to keep losses low.

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Abstract

Ein Energiespeichersystem (1) mit einem ersten Spannungswandler (2), der an ein Stromversorgungsnetz (3) anschließbar ist, einem an den ersten Spannungswandler (2) angeschlossenen Zwischenkreis (4) sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler (5, 6), die an den Zwischenkreis (4) angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler (5, 6) jeweils zumindest ein Energiespeicher (7-10) anschließbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (1) eine Steuerung (11) aufweist, die mit den zweiten und dritten Spannungswandlern (5, 6) verbunden ist und eingerichtet ist, die zweiten und dritten Spannungswandler (5, 6) hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung zu steuern, insbesondere eingerichtet ist, zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem zweiten Spannungswandler (5) in umgekehrte Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem dritten Spannungswandler (6) zu steuern.

Description

Energiespeichersystem und Verfahren zum Steigern der Effizienz eines Energiespeichersystems
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem mit einem ersten
Spannungswandler, der an ein Stromversorgungsnetz anschließbar ist, einem an den ersten Spannungswandler angeschlossenen Zwischenkreis sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler, die an den Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler jeweils zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steigern der Effizienz eines Energiespeichersystems mit einem Zwischenkreis sowie zumindest zwei Spannungswandlern, die an einen Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an jeden Spannungswandler zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist. Alternativenergien gewinnen immer mehr an Bedeutung . Problematisch an Alternativenergien, wie z.B. Solarenergie oder Windkraft, ist, dass die Zeiten der Energieerzeugung nicht beeinflussbar sind und überschüssige Energie zwischengespeichert werden muss, so dass sie zu Zeiten verfügbar ist, in denen keine Energie erzeugt werden kann. Es ist daher notwendig, Energiespeichersysteme einzusetzen. Energiespeichersysteme sind jedoch mit Verlusten behaftet, die vermieden werden sollten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Speichern von Energie bereitzustellen, mit denen die Energieeffizienz gesteigert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein
Energiespeichersystem mit einem ersten Spannungswandler, der an ein Stromversorgungsnetz anschließbar ist, einem an den ersten
Spannungswandler angeschlossenen Zwischenkreis sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler, die an einen
Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler jeweils zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist, wobei das Energiespeichersystem eine Steuerung aufweist, die mit dem zweiten und dritten Spannungswandler verbunden und eingerichtet ist, den zweiten und dritten Spannungswandler
hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung zu steuern, insbesondere eingerichtet ist, zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem zweiten Spannungswandler in umgekehrte Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem dritten Spannungswandler zu steuern. Durch diese Maßnahme ist es nicht nur möglich, Energie von einem Energieerzeuger in einen
Energiespeicher und anschließend von dem Energiespeicher in ein
Stromversorgungsnetz zu transferieren, sondern es ist auch möglich, Energie von einem Energiespeicher in einen anderen Energiespeicher innerhalb des Energiespeichersystems zu transferieren. Dies kann energetisch sinnvoll sein. Verluste können dadurch wesentlich reduziert werden. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße
Energiespeichersystem einen solchen Energietransfer in jedem
Betriebszustand des Gesamtsystems.
Bei den Energiespeichern kann es sich um klassische Batterien oder um elektrochemische oder physikalische Membranen handeln. Beispielsweise können als Energiespeicher Flussbatterien (Redox Flow Zellen) vorgesehen sein.
Die Steuerung kann dabei eingerichtet sein, den zweiten und dritten Spannungswandler derart anzusteuern, dass Energie vom
Energiespeicheranschluss des zweiten Spannungswandlers zum
Energiespeicheranschluss des dritten Spannungswandlers geleitet wird. Dabei wird die Energie vom Energiespeicheranschluss des zweiten
Spannungswandlers über den Zwischenkreis zum
Energiespeicheranschluss des dritten Spannungswandlers geleitet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerung eingerichtet ist, die Spannung am zweiten und dritten Spannungswandler zu überwachen, insbesondere die Spannungen an den Energiespeicheranschlüssen der Spannungswandler. Dadurch kann erkannt werden, ob Energie von einem Energiespeicher, der an einen der Spannungswandler angeschlossen ist, an einen Energiespeicher übertragen werden soll, der an den zweiten Spannungswandler angeschlossen ist.
Weiterhin kann die Steuerung eingerichtet sein, den Ladestatus bzw.
Ladezustand der anschließbaren Energiespeicher zu ermitteln. Auch diese Information kann hilfreich sein, um zu entscheiden, ob einer der Energiespeicher mit der Energie des anderen Energiespeichers geladen werden soll .
Die Steuerung kann weiterhin eingerichtet sein, die Spannungswandler hinsichtlich ihrer Leistung zu steuern. Dadurch kann der Speicherzustand bzw. Ladezustand der anschließbaren Energiespeicher gesteuert werden.
Die Steuerung kann weiterhin mit dem ersten Spannungswandler verbunden sein und eingerichtet sein, den ersten Spannungswandler hinsichtlich seiner Leistungsflussrichtung zu steuern. Somit kann durch die Steuerung beeinflusst werden, ob Energie aus dem Energiespeichersystem über den ersten Spannungswandler an das Stromversorgungsnetz transferiert wird oder ob umgekehrt die anschließbaren Energiespeicher des Energiespeichersystems über den ersten Spannungswandler mit dem Stromversorgungsnetz verbunden werden, so dass Energie aus dem Stromversorgungsnetz in den anschließbaren Energiespeichern
gespeichert wird .
Der erste Spannungswandler kann netzgeführt oder selbstgeführt sein. Ein netzgeführter erster Spannungswandler ist vorteilhaft, wenn das
Stromversorgungsnetz ein öffentliches Stromnetz oder ein Netz mit einer direkt gekoppelten drehenden Maschine ist. Ein selbstgeführter erster Spannungswandler ist vorteilhaft, wenn das Stromversorgungsnetz ein Inselbetrieb ohne direkt gekoppelte drehende Maschinen ist.
Um die Verluste gering zu halten, kann der erste Spannungswandler abschaltbar sein. Insbesondere kann die Steuerung eingerichtet sein, um den ersten Spannungswandler abzuschalten, während der zweite und dritte Spannungswandler weiter laufen und Energie von einem
Energiespeicher zum anderen transferieren. Somit kann innerhalb des Energiespeichersystems Energien transferiert werden, um die
Energieeffizienz des Energiespeichersystems zu steigern, ohne dass dabei Energie aufgewendet wird, um den ersten Spannungswandler zu betreiben oder gar Energie über den ersten Spannungswandler an das
Stromversorgungsnetz gegeben wird.
Es können gleichartige oder verschiedenartige Energiespeicher an das Energiespeichersystem anschließbar sein. Beispielsweise können
herkömmliche Akkumulatoren, Flussbatterien (Redox Flow Zellen) oder andere elektrochemische/physikalische Membranen zum Einsatz kommen. Diese unterschiedlichen Energiespeicher können parallel an das
erfindungsgemäße Energiespeichersystem anschließbar sein oder das Energiespeichersystem kann an nur eine Art eines Energiespeichers, beispielsweise nur an Flussbatterien, angeschlossen sein.
Die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Vielzahl von Flussbatterien, die alle an einem gemeinsamen Paar von Elektrolyten angeschlossen sind, und an das Energiespeichersystem anschließbar sind, zu laden und entladen. Ein solches System kann sehr energieeffizient arbeiten.
Die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Vielzahl von Flussbatterien und zumindest ein weiteren Energiespeicher anderer Art zu laden und entladen. Als Energiespeicher anderer Art kann z.B. ein Bleiakkumulator vorgesehen sein. Die Steuerung kann ausgelegt sein, mit einem
Energiespeicher anderer Art die Flussbatterien hochzufahren, auch wenn die Flussbatterien selbst zu wenig Ladung aufweisen, um von selbst wieder starten zu können.
Der erste Spannungswandler kann als bidirektionaler Wechselrichter und/oder der zweite und dritte Spannungswandler können als bidirektionale DC/DC Wandler ausgebildet sein. Insbesondere kann der erste Spannungswandler als bidirektionaler AC/DC Wandler ausgebildet sein. Durch den bidirektionalen AC/DC Wandler ist es möglich, Energie aus einem ein- oder mehrphasigen Stromversorgungsnetz zu entnehmen und dem Zwischenkreis zuzuführen oder Energie aus den Energiespeichern über den Zwischenkreis zu entnehmen und in das ein- oder mehrphasige Stromversorgungsnetz einzuspeisen.
Wenn die DC/DC Wandler bidirektional ausgeführt sind, kann Energie aus den Energiespeichern in den Zwischenkreis übertragen werden und kann auch Energie aus dem Zwischenkreis in die Energiespeicher transferiert werden.
Der zweite und der dritte Spannungswandler können potential getrennt sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Energietransfer zwischen zwei Energiespeichern ausschließlich über die Spannungswandler erfolgt.
Im zweiten und im dritten Spannungswandler können Übertrager
(Transformatoren) vorgesehen sein. Damit kann eine hohe
Zwischenkreisspannung energieeffizient erreicht werden.
Die Zwischenkreisspannung kann zwischen 700V und 1500V betragen. Die Zwischenkreisspannung kann um den Faktor 10 oder höher als die Spannung an den anschließbaren Energiespeichern sein. Dann kann auch der erste Spannungswandler die Energie sehr effizient umwandeln und kostengünstig realisiert werden. Insbesondere braucht er nicht potential getrennt ausgelegt werden. Außerdem fließt in dem Zwischenkreis nur ein vergleichsweise geringer Strom gegenüber dem Strom, der bei einer Zwischenkreisspannung bei z.B. 48 V fließen würde. Somit verringern sich die Kupferverluste. Zudem wird weniger Kupfer benötigt, was die Kosten des Energiespeichersystems gering hält.
Der erste Spannungswandler kann potential getrennt sein.
Der erste Spannungswandler kann zum Anschluss an ein einphasiges oder mehrphasiges, insbesondere dreiphasiges, Stromversorgungsnetz ausgelegt sein.
Jeder Spannungswandler kann als resonanter Spannungswandler ausgelegt sein. Auf diese Weise kann Energie sehr effizient umgewandelt werden.
Die Steuerung kann als selbstlernende Steuerung ausgebildet sein.
Insbesondere kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie lernt, je nach Tagesstrombedarf oder Zyklus einzelne Energiespeicher leer zu fahren bzw. wieder aufzuladen.
Die Steuerung kann eine Kommunikationsverbindung mit einem so genannten„Intelligenten Stromnetz" aufweisen. Der Begriff„Intelligentes Stromnetz" (smart grid) umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und -Verteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung . Eine solche Steuerung kann auch in einem
Inselstromnetz vorteilhaft sein. Eine solche Steuerung kann auch in einem Quasi-Inselstromnetz vorteilhaft sein. Ein Quasi-Inselstromnetz weist einen Anschluss an das öffentliche Stromnetz auf, nutzt diesen aber gesteuert. So kann elektrische Energie dann gespeichert werden, wenn sie im öffentlichen Stromnetz billig ist und dann dem Quasi-Inselstromnetz zur Verfügung gestellt werden. Wenn die elektrische Energie im öffentlichen Stromnetz teurer ist, kann ein Transfer von Energie von den Energiespeichern in das Quasi-Inselstromnetz erfolgen. Außerdem kann die Energie auch dann dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung gestellt werden, wenn die Energie im öffentlichen Stromnetz teuer verkauft werden kann. Das Energiespeichersystem ist besonders dafür ausgelegt, Überkapazitäten im öffentlichen Stromnetz in den anschließbaren
Energiespeichern zu puffern und bei erhöhtem Energiebedarf in dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung zu stellen. Dies kann mit einem beschriebenen Energiespeichersystem außerordentlich schnell und effizient erfolgen.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine
Energiespeichersystemanordnung mit mehreren erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen, wobei die Energiespeichersysteme eine gemeinsame Steuerung aufweisen. Dadurch ist es möglich, zunächst einen Energietransfer zwischen den Energiespeichern innerhalb eines
Energiespeichersystems durchzuführen, um Verluste gering zu halten. Anschließend ist es möglich, einen Energietransfer zwischen den
Energiespeichersystemen durchzuführen, um somit weiterhin Verluste zu reduzieren. Insbesondere können die Verluste auf einen Energiespeicher reduziert werden. Durch die gemeinsame Steuerung ist es möglich, sowohl den Energiefluss zwischen den einzelnen Energiespeichern als auch zwischen den Energiespeichersystemen zu optimieren.
Diese eine gemeinsame Steuerung kann als eine Master-Steuerung in einem Energiespeichersystem realisiert sein. Die Master-Steuerung kann dann mit den Steuerungen der anderen Energiespeichersysteme
verbunden sein, die dann als Slave-Steuerungen ausgebildet sind. In einer solchen Energiespeichersystemanordnung kann die
Zwischenkreisspannung von zwei Energiespeichersystemen verbindbar oder verbunden sein. Dann kann die Energie sehr energiesparend von Energiespeichern verschiedener Energiespeichersysteme umgeladen werden.
Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Steigern der Energieeffizienz eines Energiespeichersystems mit einem
Zwischenkreis sowie zumindest zwei Spannungswandlern, die an den Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an jeden Spannungswandler zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist, wobei die
Spannungswandler hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung gesteuert werden, insbesondere zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem einen Leistungswandler in umgekehrter Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem anderen Spannungswandler gesteuert wird . Durch dieses
Verfahren ist es möglich, Energie von einem Energiespeicher über
Spannungswandler und Zwischenkreis in einen anderen Energiespeicher zu transferieren. Dadurch kann die Energieeffizienz eines
Energiespeichersystems erhöht werden.
Das Energiespeichersystem kann einen weiteren Spannungswandler aufweisen, der an den Zwischenkreis angeschlossen ist, wobei ein
Energietransfer von zumindest einem Energiespeicher über einen der ersten beiden Spannungswandler und den Zwischenkreis zu dem weiteren Spannungswandler oder umgekehrt durchgeführt wird. Dadurch ist es möglich, Energie aus einem Energiespeicher an ein Stromversorgungsnetz zu transferieren, das an einen weiteren Spannungswandler angeschlossen ist. Außerdem ist es möglich, Energie aus dem Stromversorgungsnetz an einen Energiespeicher zu transferieren und dort zu speichern. Die Leistung der Spannungswandler kann gesteuert werden. Insbesondere kann die Leistung der Spannungswandler so gesteuert werden, dass Energieverluste gering gehalten werden. Zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, dass der Ladezustand der Energiespeicher überwacht wird .
Weiterhin ist es bezüglich der Energieeffizienz günstig, wenn der weitere Spannungswandler abgeschaltet wird, während die beiden ersten
Spannungswandler weiterlaufen und Energie von einem Energiespeicher zum anderen Energiespeicher transferieren.
Energetisch kann es günstig sein, anstatt mehrere Energiespeicher in einem teilweise geladenen Zustand vorzuhalten, einen Energiespeicher vollständig zu entleeren, insbesondere dadurch zu entleeren, dass die in ihm gespeicherte Energie einem anderen Energiespeicher zugeführt wird.
Es kann zunächst ein Energietransfer zwischen zumindest zwei
Energiespeichern des Energiespeichersystems durchgeführt werden und anschließend kann ein Energietransfer zwischen zumindest zwei
Energiespeichersystemen durchgeführt werden. Somit kann die
Energieeffizienz des gesamten Systems verbessert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Bezeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Energiespeichersystemanordnung.
Die Figur 1 zeigt ein Energiespeichersystem 1, welches einen ersten Spannungswandler 2 aufweist, der an ein ein- oder mehrphasiges
Stromversorgungsnetz 3 anschließbar ist. Der erste Spannungswandler 2 kann als insbesondere bidirektionaler AC/DC Wandler ausgebildet sein. Er ist an einen Zwischenkreis 4 angeschlossen, an den wiederum ein zweiter und ein dritter Spannungswandler 5, 6 angeschlossen sind. Die
Spannungswandler 5, 6 können beispielsweise als insbesondere
bidirektionale DC/DC Wandler ausgebildet sein. Es können mehr als die zwei dargestellten Spannungswandler 5, 6 an den Zwischenkreis 4 angeschlossen sein. Die Spannungswandler 5, 6 sind jeweils an einen oder mehrere Energiespeicher 7 bis 10 anschließbar, wobei im gezeigten
Ausführungsbeispiel der Spannungswandler 5 an den Energiespeicher 7 und der Spannungswandler 6 an die Energiespeicher 8 bis 10
angeschlossen ist. Die Energiespeicher 8 bis 10 könnten auch parallel an den Spannungswandler 6 angeschlossen werden.
Weiterhin weist das Energiespeichersystem 1 eine Steuerung 11 auf, die sowohl mit dem ersten Spannungswandler 2 als auch mit den
Spannungswandlern 5, 6 verbunden ist und eingerichtet ist, diese zu steuern. Insbesondere ist die Steuerung 11 eingerichtet, den
Leistungsfluss, insbesondere die Richtung des Leistungsflusses, in den Spannungswandlern 5, 6 zu steuern. Dabei kann die Steuerung 11 die Spannungswandler 5, 6 so ansteuern, dass beispielsweise Energie aus dem Energiespeicher 7 über den Spannungswandler 5, den Zwischenkreis 4 und den Spannungswandler 6 in den Energiespeicher 8 transferiert wird oder umgekehrt. Während dieses Transfers kann die Steuerung 11 den Spannungswandler 2 abschalten. Weiterhin kann die Steuerung 11 die Spannungswandler 2, 5, 6 so ansteuern, dass ein Leistungsfluss von dem Stromversorgungsnetz 3 über den Spannungswandler 2, den
Zwischenkreis 4 und die Spannungswandler 5, 6 in die Energiespeicher 7 bis 10 erfolgt. Die Steuerung kann dabei auch nur einen der
Spannungswandler 5, 6 ansteuern, so dass beispielsweise nur ein
Energietransfer in den Energiespeicher 7 erfolgt. Weiterhin kann die Steuerung 11 den Leistungsfluss so steuern, dass beispielsweise Energie, die im Energiespeicher 7 gespeichert ist, über den Spannungswandler 5, den Zwischenkreis 4 und den Spannungswandler 2 in das
Stromversorgungsnetz 3 eingespeist wird .
Dadurch, dass der Spannungswandler 2 abschaltbar ist und ein
Energietransfer zwischen den Energiespeichern 7 bis 10 ermöglicht wird, kann die Energieeffizienz des Energiespeichersystems 1 gesteigert werden.
Ausweislich der Figur 2 sind mehrere Energiespeichersysteme 1, die entsprechend dem Energiespeichersystem 1 der Figur 1 ausgebildet sind, an eine gemeinsame Steuerung 12 angeschlossen. Dabei können die Steuerung 12 und die Steuerung 11 vereint sein. Durch die Anordnung der Figur 2, die eine Energiespeichersystemanordnung 20 darstellt, ist es möglich, zunächst die Energiespeichersysteme 1 hinsichtlich der
Verlustleistung zu optimieren, indem beispielsweise ein oder mehrere Energiespeicher 7 bis 10 geleert werden, insbesondere deren Energie in einen oder mehrere der anderen Energiespeicher 7 bis 10 umgeladen wird . Anschließend kann auch noch Energie von einem der
Energiespeichersysteme 1 in das andere Energiespeichersystem 1 transferiert werden, um Verluste gering zu halten.

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichersystem (1) mit einem ersten Spannungswandler (2), der an ein Stromversorgungsnetz (3) anschließbar ist, einem an den ersten Spannungswandler (2) angeschlossenen
Zwischenkreis (4) sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler (5, 6), die an den Zwischenkreis (4) angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler (5, 6) jeweils zumindest ein Energiespeicher (7-10) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Energiespeichersystem (1) eine Steuerung (11) aufweist, die mit den zweiten und dritten Spannungswandlern (5, 6) verbunden ist und eingerichtet ist, die zweiten und dritten Spannungswandler (5, 6) hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung zu steuern, insbesondere eingerichtet ist, zeitgleich die
Leistungsflussrichtung in dem zweiten Spannungswandler (5) in umgekehrte Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem dritten Spannungswandler (6) zu steuern.
2. Energiespeichersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) eingerichtet ist, den zweiten und dritten Spannungswandler (5, 6) derart anzusteuern, dass Energie vom Energiespeicher-Anschluss des zweiten
Spannungswandlers (5) zum Energiespeicher-Anschluss des dritten Spannungswandlers (6) geleitet wird.
3. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) eingerichtet ist, die Spannung am zweiten und dritten
Spannungswandler (5, 6) zu überwachen.
4. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) eingerichtet ist, den Ladestatus (Ladezustand) der
anschließbaren Energiespeicher (7-10) zu ermitteln.
5. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) eingerichtet ist, die Spannungswandler (2, 5, 6) hinsichtlich ihrer Leistung zu steuern.
6. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) mit dem ersten Spannungswandler (2) verbunden ist und
eingerichtet ist, den ersten Spannungswandler (2) hinsichtlich seiner Leistungsflussrichtung zu steuern.
7. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Spannungswandler (2) netzgeführt oder selbstgeführt ist.
8. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Spannungswandler (2) abschaltbar ist.
9. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) eingerichtet ist, den ersten Spannungswandler (2) abzuschalten, während der zweite und der dritte Spannungswandler (5, 6) weiter laufen und Energie von einem Energiespeicher (7-10) zum anderen transferieren.
10. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichartige oder verschiedenartige Energiespeicher (7-10) anschließbar sind.
11. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Spannungswandler (2) als bidirektionaler Wechselrichter und/oder der zweite und dritte Spannungswandler (5, 6) als bidirektionale DC/DC-Wandler ausgebildet sind.
12. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Spannungswandler (5, 6) potential getrennt sind .
13. Energiespeichersystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) al selbstlernende Steuerung ausgebildet ist.
14. Energiespeichersystemanordnung (20) mit mehreren
Energiespeichersystemen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichersysteme (1) eine
gemeinsame Steuerung (12) aufweisen.
15. Verfahren zum Steigern der Energieeffizienz eines
Energiespeichersystems (1) mit einem Zwischenkreis (4) sowie zumindest zwei Spannungswandlern (5, 6), die an den
Zwischenkreis (4) angeschlossen sind, wobei an jeden
Spannungswandler (5, 6) zumindest ein Energiespeicher (7-10) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spannungswandler (5, 6) hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtun gesteuert werden, insbesondere zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem einen Spannungswandler (5) in umgekehrte Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem anderen Spannungswandler (6) gesteuert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energietransfer von einem Energiespeicher (7-10) zu einem anderen Energiespeicher (7-10) über die Spannungswandler (5, 6) und den Zwischenkreis (4) durchgeführt wird .
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 oder
16, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeichersystem (1) einen weiteren Spannungswandler (2) aufweist, der an den Zwischenkreis (4) angeschlossen ist und ein Energietransfer von zumindest einem Energiespeicher (7-10) über einen der ersten beiden Spannungswandler (5, 6) und den Zwischenkreis (4) zu dem weiteren Spannungswandler (2) oder umgekehrt
durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der
Spannungswandler (2, 5, 6) gesteuert wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand der
Energiespeicher (7-10) überwacht wird .
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
19, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Spannungswandler (2) abgeschaltet wird, während die beiden ersten
Spannungswandler (5, 6) weiter laufen und Energie von einem Energiespeicher (7-10) zum anderen Energiespeicher (7-10) transferieren.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiespeicher (7-10) vollständig entleert wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis
21, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Energietransfer zwischen zumindest zwei Energiespeichern (7-10) des
Energiespeichersystems (1) durchgeführt wird und anschließend ein Energietransfer zwischen zumindest zwei
Energiespeichersystemen (1) durchgeführt wird.
23. Energiespeichersystemanordnung mit mehreren
Energiespeichersystemen (1), nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichersysteme (1) eine
gemeinsame Steuerung (12) aufweisen.
24. Energiespeichersystemanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Steuerung (12) als eine Master-Steuerung in einem Energiespeichersystem (1) realisiert ist.
25. Energiespeichersystemanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung von zwei Energiespeichersystemen (1) verbindbar ist.
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