DE102011002673A1

DE102011002673A1 - Energy-storage system for providing electrical power to e.g. vehicle, has energy store connected parallel to another energy store, charge transfer unit connected parallel to latter store, and switching device switched between energy stores

Info

Publication number: DE102011002673A1
Application number: DE102011002673A
Authority: DE
Inventors: Harry Döring; Michael Roscher; Robert Kuhn
Original assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Current assignee: Zentrum fuer Sonnenenergie und Wasserstoff Forschung Baden Wuerttemberg
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Bei einem Batteriesystem welches seinerseits aus mehreren, elektrisch parallel verschalteten Energiespeichern besteht, wird eine Einheit zum Ladungstransfer (30) verwendet, um vor dem Zuschalten eines Energiespeichers (10) zu einer Batterie (100) die Spannung dessen an die Batteriespannung anzugleichen. Der Angleich der Spannungen wird herbeigeführt, indem aktiv Ladung von der Batterie (100) in den Energiespeicher (10) bzw. vom Energiespeicher (10) in die Batterie (100) übertragen wird. Damit wird verhindert, dass beim elektrischen Parallelschalten kritische Ausgleichsströme zwischen den Energiespeichern fließen, wie dies der Fall ist, wenn sich die Spannung des Energiespeichers deutlich von der Batteriespannung unterscheidet.In a battery system which in turn consists of a plurality of energy stores connected in parallel, a unit for charge transfer (30) is used to equalize the voltage thereof to the battery voltage before connecting an energy store (10) to a battery (100). The equalization of the voltages is brought about by actively transferring charge from the battery (100) into the energy store (10) or from the energy store (10) into the battery (100). This prevents critical equalizing currents flowing between the energy stores during electrical parallel switching, as is the case when the voltage of the energy store differs significantly from the battery voltage.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Energiespeichersystem und auf ein Verfahren zum Hinzuschalten eines Energiespeichers zu einem Energiespeichersystem, welches erlaubt, ein Energiespeichersystem, bestehend aus mehreren, miteinander elektrisch verbundenen Teilsystemen einzelner Energiespeicher sicher zu betreiben. Ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem ermöglicht den Betrieb von mindestens zwei parallel zu einander verschalteten, elektrischen Energiespeichern.The invention relates to an energy storage system and to a method for adding an energy store to an energy storage system, which allows an energy storage system, consisting of several, electrically interconnected subsystems individual energy storage safely operate. An inventive energy storage system allows the operation of at least two parallel to each other interconnected, electrical energy storage.

Die Steigerung der Effektivität und die damit einhergehende Verringerung des Ausstoßes klimaschädlicher Abgase sind maßgebliche Gründe für die Entwicklung neuartiger, alternativer Antriebssysteme für eine Vielzahl möglicher Anwendungen, wie Pkw, Lkw, Schiffe, Züge, etc. Bei diesen Anwendungen, bei denen die Antriebsleistung bislang vornehmlich verbrennungsmotorisch erzeugt wird, besteht die Möglichkeit durch Elektrifizierung, d. h. durch ein Ergänzen der Verbrennungskraftmaschine um bzw. dem vollständigen Ersetzen mit einem Elektromotor, zum einen den Wirkungsgrad des gesamthaften Antriebssystems nachhaltig zu verbessern und darüber hinaus bei Traktionsanwendungen eine etwaig anfallende Bremsenergie zu regenerieren, zu konservieren und ggf. für die nachfolgende Beschleunigung des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Dem elektrischen Energiespeicher – insbesondere einer Batterie – kommt bei diesen Applikationen zum Zwischenspeichern bzw. zum Bereitstellen der elektrischen Energie eine Schlüsselrolle zu.The increase in efficiency and the concomitant reduction in the emission of climate-damaging exhaust gases are decisive reasons for the development of new, alternative drive systems for a variety of possible applications, such as cars, trucks, ships, trains, etc. In these applications, where the drive power so far mainly generated by combustion engine, there is the possibility of electrification, d. H. by supplementing the internal combustion engine or the complete replacement with an electric motor, on the one hand to improve the efficiency of the overall drive system sustainably and also in traction applications to regenerate any accumulated braking energy, conserve and possibly for the subsequent acceleration of the vehicle available to deliver. The electrical energy storage - in particular a battery - comes in these applications for caching or to provide the electrical energy a key role.

Neben der mobilen Anwendung besteht insbesondere bei stationärer Anwendung der Bedarf an hohen Leistungen und Energiemengen, die sich ggf. nur durch parallele Verschaltung von mehreren Batteriestrings realisieren lassen. Stationäre Anwendungen umfassen insbesondere die Notstromversorgung, unterbrechungsfreie Stromversorgung, Speicherung von Elektroenergie erzeugt aus regenerativen Energiequellen sowohl in Inselsystemen als auch in netzgekoppelten Systemen u. a..In addition to the mobile application, there is a need, in particular for stationary application, for high powers and amounts of energy which can possibly only be realized by parallel connection of several battery strings. Stationary applications include in particular the emergency power supply, uninterruptible power supply, storage of electric energy generated from renewable energy sources in both island systems and grid-connected systems and the like. a ..

Energiespeichersysteme umfassen vorzugsweise eine Vielzahl einzelner Energiespeicher bspw. in Form von Batterien, Batteriemodulen oder Batteriezellen, die elektrisch in Reihe und/oder parallel miteinander verbunden sind. Durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Energiespeicher ergibt sich die Gesamtspannung des Energiespeichersystems, wobei sich die Spannungen der einzelnen in Reihe geschalteten Energiespeicher addieren. Die Zahl der parallel geschalteten Energiespeicher bestimmt die speicherbare Ladungsmenge des Energiespeichersystems, wobei sich die Kapazitäten der parallelen Energiespeicher addieren.Energy storage systems preferably comprise a multiplicity of individual energy stores, for example in the form of batteries, battery modules or battery cells, which are electrically connected to one another in series and / or in parallel. The number of energy storage devices connected in series results in the total voltage of the energy storage system, with the voltages of the individual energy storage devices connected in series adding up. The number of parallel-connected energy storage determines the storable charge amount of the energy storage system, which add up the capacity of the parallel energy storage.

Im Folgenden wird ein Energiespeicher beispielhaft anhand einer Batterie beschrieben, wobei das Energiespeichersystem aus mehreren oder wenigstens zwei in Reihe und/oder parallel geschalteten Energiespeichern bspw. Batterien besteht. Als Energiespeicher kommen jedoch auch Kondensatoren bzw. Brennstoffzellen zum Einsatz, wobei die vorliegende Erfindung auch auf derartige Energiespeicher angewendet werden kann.In the following, an energy storage is described by way of example with reference to a battery, wherein the energy storage system consists of several or at least two in series and / or parallel energy storage, for example. Batteries. However, capacitors or fuel cells are also used as energy stores, and the present invention can also be applied to such energy stores.

Bei Batterien bzw. Batteriemodulen, die ihrerseits aus mehreren einzelnen Batteriezellen bestehen, können aufgrund von Fertigungstoleranzen unterschiedliche Eigenschaften der einzelnen Batteriezellen, die formal gleiche Nenndaten besitzen, auftreten. Durch diese verschiedenen Eigenschaften können sich insbesondere real voneinander abweichende Spannungen gleicher Batteriezellen ergeben. Zudem ist beim Verbau von Batteriezellen in einem Energiespeichersystem nicht zwingend gewährleistet, dass alle Batteriezellen den gleichen Ladezustand, und damit verbunden, die gleiche Zellspannung aufweisen. Dies führt dazu, dass beim Zusammenschalten und insbesondere beim Parallelschalten von mehreren Batteriezellen mit unterschiedlicher Spannung augenblicklich ein Ausgleichsstrom von Zelle zu Zelle fließt.In batteries or battery modules, which in turn consist of several individual battery cells, due to manufacturing tolerances different properties of the individual battery cells that have formally the same nominal data may occur. These different properties can result in particular deviating voltages of the same battery cells. In addition, when installing battery cells in an energy storage system, it is not absolutely necessary to ensure that all the battery cells have the same state of charge, and thus the same cell voltage. As a result, an equalizing current flows instantaneously from cell to cell during the connection and, in particular, when several battery cells with different voltage are connected in parallel.

Moderne Batteriezelltypen weisen häufig eine sehr hohe Leistungsfähigkeit und damit einen sehr geringen Innenwiderstand auf. Aufgrund dessen können die Ausgleichsströme beim Zusammenschalten sehr hohe Werte annehmen, die im Moment des Zusammenbaus des Energiespeichersystems zum einen bereits zu einer Vorschädigung der einzelnen Batteriezellen führen können und andererseits die mechanischen Kontaktstellen zwischen den. einzelnen Batteriezellen (Zellverbinder) thermisch durch Stromverlustwärme bzw. korrosiv durch Lichtbogen angreifen, oder im ungünstigen Fall kann die Kontaktstelle brechen oder sich entlöten.Modern battery cell types often have a very high performance and thus a very low internal resistance. Due to this, the equalizing currents when connecting can assume very high values, which at the moment of assembling the energy storage system can already lead to a prior damage of the individual battery cells and on the other hand the mechanical contact points between the batteries. individual battery cells (cell connectors) thermally attack by current loss or corrosive arc, or in the worst case, the contact point may break or desolder.

Die Auslegung der Schaltelemente müsste ebenfalls in der Art und Weise erfolgen, das derartig hohe Ströme mehrmals geschaltet werden können und diese Schaltelemente den hohen Strom für die Dauer des Ausgleichsvorgangs auch tragen können.The design of the switching elements would also have to be done in the way that such high currents can be switched several times and these switching elements can also carry the high current for the duration of the compensation process.

Analog zu parallelen Batteriezellen verhält es sich beim Parallelschalten von Batteriemodulen, die aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen bestehen. Wiederum kann ein Differieren der Batteriemodulspannungen Ausgleichsströme hervorrufen, die sowohl die Batteriezellen innerhalb der Batteriemodule als auch die Kontakte zwischen den verschalteten Batteriemodulen beschädigen können.Analogous to parallel battery cells, the parallel connection of battery modules, which consist of a plurality of series-connected battery cells. Again, differentiating the battery module voltages can cause equalizing currents that can damage both the battery cells within the battery modules and the contacts between the interconnected battery modules.

Der Fall des aktiven Zusammenschaltens von als Energiespeicher bezeichneten Batterien oder Batteriemodulen zu Energiespeichersystemen beschränkt sich nicht nur auf das einmalige Zusammenbauen und Inbetriebnehmen bei der Herstellung des Energiespeichersystems. Vielmehr kann bei Wartungsarbeiten an diesen ein Freischalten einzelner Batteriemodule vom Rest der Batterie erforderlich sein. Demzufolge werden die Batterien bzw. einzelne Batteriemodule nach den technischen Arbeiten wieder zugeschaltet. Ebenso können einzelne Batterien bzw. einzelne Batteriemodule eines Energiespeichersystems im Bedarfsfall zu- und abgeschaltet werden, insofern damit eine Minderbelastung und damit eine längere Lebensdauer des Energiespeichersystems erreicht werden kann. Im Folgenden werden Batterien bzw. Batteriemodule als Energiespeicher bezeichnet.The case of active interconnection of called energy storage batteries or battery modules to energy storage systems is not limited to the one-time assembly and commissioning in the production of the energy storage system. Rather, during maintenance work on these can be required to unlock individual battery modules from the rest of the battery. As a result, the batteries or individual battery modules are switched on again after the technical work. Likewise, individual batteries or individual battery modules of an energy storage system can be switched on and off in case of need, insofar as a reduced load and thus a longer life of the energy storage system can be achieved. In the following, batteries or battery modules are referred to as energy storage.

Das parallele Verschalten von unterschiedlichen Arten von Energiespeichern zu einem Energiespeichersystem ist aus der DE 10 2007 041 526 A1 bekannt, in der gewährleistet sein muss, dass die Energiespeicher in zumindest ähnlicher Spannungslage operieren.The parallel connection of different types of energy storage devices to an energy storage system is known from the DE 10 2007 041 526 A1 in which it must be ensured that the energy stores operate in at least similar voltage.

Für den Fall der Parallelschaltung unterschiedlicher Batterietypen hat sich gezeigt, dass die Energiespeicher bei Stromfluss entsprechend ihrer Kapazität und ihres Innenwiderstands belastet werden. In Ruhephasen fließen zwischen den Energiespeichern Ausgleichsströme um Spannungsunterschiede auszugleichen (siehe dazu: Parallel Strings – Parallel Universes, Jim McDowall, Proceedings in Battcon 2002 ).In the case of the parallel connection of different battery types, it has been shown that the energy stores are loaded in accordance with their capacity and their internal resistance during current flow. In phases of rest flow between the energy storage equalizing currents to compensate for voltage differences (see: Parallel Strings - Parallel Universes, Jim McDowall, Proceedings in Battcon 2002 ).

DE 10 2008 002 179 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die eine Gleichheit der Spannung parallel geschalteter Energiespeicher, bestehend aus in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen herbeiführen soll, indem die zueinander parallel geschalteten Zellen über aktive oder passive Bauelemente elektrisch parallel verbunden werden können. DE 10 2008 002 179 A1 describes a device which is intended to bring about an equality of the voltage of energy storage cells connected in parallel, consisting of energy storage cells connected in series, in that the cells connected in parallel with one another can be electrically connected in parallel via active or passive components.

Für das Betreiben elektrisch paralleler Energiespeicher gibt es Lösungen, bei denen die Leistung jedes Energiespeichers mit einem „Gleichstrom-Trafo” (DC/DC-Wandler) auf ein gemeinsames Bezugspotential transformiert wird. Dabei muss jeder Gleichstrom-Trafo in der Lage sein, die maximale Leistung eines Energiespeichers zu tragen. Solche Lösungen sind jedoch meist sehr kosten- und gewichtsintensiv.For the operation of electrically parallel energy storage, there are solutions in which the power of each energy storage is transformed with a "DC transformer" (DC / DC converter) to a common reference potential. Each DC transformer must be able to carry the maximum power of an energy store. However, such solutions are usually very cost and weight intensive.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung und ein korrespondierendes Verfahren zu schaffen, die bzw. das es ermöglicht, wenigstens einen Energiespeicher zu einem Energiespeichersystem aktiv hinzu zuschalten, ohne dass kritische Ausgleichströme zwischen den Energiespeichern fließen.The object on which the invention is based is to provide an arrangement and a corresponding method which makes it possible to actively add at least one energy store to an energy storage system without critical equalizing currents flowing between the energy stores.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

Die Erfindung basiert auf dem Gedanken Energiespeicher elektrisch über Schalter bzw. Schütze parallel zu verschalteten bzw. zu trennen und einen beim Parallelschalten aufgrund von Spannungsunterschieden auftretenden Ausgleichstrom zu kontrollieren und/oder zu reduzieren bzw. vorzugsweise zu unterbinden.The invention is based on the idea of electrically interconnecting or disconnecting energy stores via switches or contactors and of controlling and / or reducing or preferably preventing a compensating current occurring during parallel switching due to differences in voltage.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Vorrichtung zum kontrollierten Parallelschalten von Energiespeichern und ein Verfahren zum Hinzuschalten eines Energiespeichers zu einem Energiespeichersystem aus. Bei einem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem, welches wenigstens einen Energiespeicher aufweist, wird mittels entsprechenden Schaltvorrichtungen und einer Einheit zum aktiven Ladungstransfer ein hinzu zu schaltender Energiespeicher zu dem Energiespeicher des Energiespeichersystems parallel geschaltet.The invention is characterized by a device for the controlled parallel connection of energy storage devices and a method for connecting an energy storage device to an energy storage system. In an energy storage system according to the invention which has at least one energy store, an energy store to be switched to the energy store of the energy storage system is connected in parallel by means of corresponding switching devices and a unit for active charge transfer.

Mit einer derartigen Einheit zum aktiven Ladungstransfer erfolgt ein Angleichen der Spannung des wenigstens einen hinzu zu schaltenden Energiespeichers an die Spannung des Energiespeichersystems. Dabei erfolgt das Angleichen der Spannungen zwischen dem hinzu zu schaltenden Energiespeicher und dem Energiespeichersystem mittels der Einheit zum aktiven Ladungstransfer bevor der jeweilige Energiespeicher über die Schaltelemente mit dem Energiespeichersystem verbunden wird.With such an active charge transfer unit, the voltage of the at least one energy store to be switched is adjusted to the voltage of the energy storage system. In this case, the equalization of the voltages between the energy store to be switched and the energy storage system takes place by means of the unit for active charge transfer before the respective energy store is connected via the switching elements to the energy storage system.

Für das Angleichen der Spannungen erfolgt ein Umladen zwischen dem Energiespeichersystem und dem hinzu zu schaltenden Energiespeicher. Ist dabei die Spannung des Energiespeichersystems höher als die Spannung des dazu zu schaltenden Energiespeichers wird dem Energiespeicher Ladung aus dem Energiespeichersystem zugeführt, wodurch die Spannung des Energiespeichers steigt und die Spannung des Energiespeichersystems fällt wodurch ein Angleichen der Spannungen erfolgt.For equalizing the voltages, a transfer takes place between the energy storage system and the additional energy storage to be switched. If in this case the voltage of the energy storage system is higher than the voltage of the energy storage device to be switched, the energy store is supplied with charge from the energy storage system, whereby the voltage of the energy storage increases and the voltage of the energy storage system drops, whereby the voltages are equalized.

Ist die Spannung des hinzu zu schaltenden Energiespeichers hingegen höher als die Spannung des Energiespeichersystems wird dem Energiespeichersystem Ladung aus dem Energiespeicher zugeführt, wodurch die Spannung des Energiespeichersystems steigt und die Spannung des Energiespeichers fällt.On the other hand, if the voltage of the energy store to be switched is higher than the voltage of the energy storage system, charge is taken from the energy store to the energy storage system, whereby the voltage of the energy storage system rises and the voltage of the energy store drops.

Das Angleichen der Spannungen aneinander erfolgt dabei vorzugsweise bis auf eine vorbestimmte bzw. parametrierbare Spannungsdifferenz. Dadurch lässt sich die Spannungsdifferenz bis zu einem sinnvollen parametrierbaren Maß verringern. Eine Restspannungsdifferenz, sowohl positiv als auch negativ, darf bestehen bleiben, wobei diese sich dann durch Ausgleichströme nach einer Parallelschaltung weiter reduziert, jedoch mit vertretbaren Stromgrößen.The equalization of the voltages to each other is preferably carried out to a predetermined or parameterizable voltage difference. As a result, the voltage difference can be reduced to a meaningful parameterizable measure. A residual voltage difference, both positive and negative, may persist, this then by Balancing currents are reduced further after a parallel connection, but with acceptable current values.

Vorzugweise werden die Spannungen des ersten und zweiten Energiespeichers aneinander angeglichen, so dass diese vor dem Parallelschalten gleich sind und keine Ausgleichströme fließen.Preferably, the voltages of the first and second energy storage are matched to each other, so that they are equal before the parallel connection and no equalization currents flow.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einheit zum Ladungstransfer als Gleichspannungssteller oder als Gleichspannungswandler ausgeführt. Bei einem Gleichspannungssteller wird eine am Eingang anliegende Spannung in eine Gleichspannung mit einem höherem oder einem niedrigerem Spannungsniveau umgewandelt. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters und einem oder mehrerer Energiespeicher.According to an advantageous embodiment of the invention, the unit for charge transfer is designed as a DC voltage controller or as a DC-DC converter. In a DC voltage controller, a voltage applied to the input is converted into a DC voltage having a higher or a lower voltage level. The implementation preferably takes place with the aid of a periodically operating electronic switch and one or more energy stores.

Dieser Gleichspannungssteller weist zwei Anschlussseiten auf, von der die erste Anschlussseite mit den Klemmen des Energiespeichersystems verbunden ist. Mit seiner zweiten Anschlussseite ist der Gleichspannungssteller mit dem Energiespeicher verbunden, der zu dem Energiespeichersystem dazu geschaltet wird. Der Gleichspannungssteller stellt dabei die Spannung am Energiespeicher bzw. am Energiespeichersystem so ein, dass ein definierter Ausgleichsstrom fließt, der dafür sorgt, dass sich die Spannungen des Energiespeichers und die Spannung des Energiespeichersystems aneinander angleichen. Dabei wird der Ausgleichsstrom so eingestellt, dass dieser keine außerordentliche Belastung für die beteiligten Komponenten darstellt. Die Auslegung des Gleichspannungsstellers erfolgt dabei in vorteilhafter Weise so, dass dieser eine verhältnismäßig geringe Maximalleistung von einigen hundert Watt oder wenigen Kilowatt aufweist, da dieser nur einen Bruchteil der maximal abgeforderten Betriebsleistung des Energiespeichersystems tragen können muss. Dies stellt einen beträchtlichen Vorteil im Vergleich zu einem „Gleichstrom-Trafo” dar, der für die Maximalleistung ausgelegt sein muss. Folglich müssen die im Gleichspannungssteller verwendeten Komponenten nicht für hohe Ströme ausgelegt werden, wodurch sowohl der Preis, als auch das Gewicht für einen derartigen Gleichspannungssteller im Vergleich zu einem „Gleichstrom-Trafo” deutlich sinkt.This DC voltage controller has two connection sides, of which the first connection side is connected to the terminals of the energy storage system. With its second connection side of the DC voltage controller is connected to the energy storage, which is connected to the energy storage system to it. The DC voltage adjusts the voltage at the energy store or the energy storage system so that a defined compensation current flows, which ensures that the voltages of the energy storage and the voltage of the energy storage system match each other. The compensation current is set so that it does not represent an extraordinary burden on the components involved. The design of the DC voltage adjuster is carried out in an advantageous manner so that this has a relatively low maximum power of a few hundred watts or a few kilowatts, as this must be able to carry only a fraction of the maximum requested operating performance of the energy storage system. This represents a considerable advantage compared to a "DC transformer", which must be designed for maximum power. Consequently, the components used in the DC voltage controller need not be designed for high currents, whereby both the price, as well as the weight for such a DC voltage controller as compared to a "DC transformer" drops significantly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Gleichspannungssteller über zusätzliche Schalter, im Folgenden zweite Schaltvorrichtungen, an mehrere Energiespeicher einzeln angeschlossen werden. Im regulären Betrieb des Energiespeichersystems sind diese zweiten Schaltvorrichtungen stets geöffnet, da der Gleichspannungssteller nur während des Zuschaltens benötigt wird. Zum Zuschalten eines nicht mit dem Energiespeichersystem verbundenen Energiespeichers zum Energiespeichersystem wird der zweite Schalter zwischen Energiespeicher und Gleichspannungssteller geschlossen. Der Gleichspannungssteller führt dann den Ladungstransfer zwischen diesem und dem Energiespeichersystem zum Angleichen beider Spannungen durch. Danach wird der Energiespeicher mit dem Energiespeichersystem über die erste Schaltvorrichtung direkt verbunden und der Gleichspannungssteller wird wieder vom Energiespeicher getrennt und kann mittels weiterer zweiter Schalter mit weiteren Energiespeichern verbunden werden, die zu dem Energiespeichersystem hinzu gefügt werden sollen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the DC voltage adjuster can be individually connected to a plurality of energy stores via additional switches, hereinafter referred to as second switching devices. In regular operation of the energy storage system, these second switching devices are always open because the DC voltage controller is needed only during the connection. For connecting an energy storage system not connected to the energy storage system to the energy storage system, the second switch between energy storage and DC voltage controller is closed. The DC voltage controller then performs the charge transfer between it and the energy storage system to equalize both voltages. Thereafter, the energy storage is directly connected to the energy storage system via the first switching device and the DC voltage controller is again separated from the energy storage and can be connected by means of further second switch with other energy storage devices to be added to the energy storage system.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung endet das Umladen zwischen dem Energiespeichersystem und dem jeweiligen Energiespeicher nicht in dem Moment, in dem die Spannungen beider Komponenten exakt gleich sind. Vorteilhaft ist es die Umladung in gleicher Richtung weiter zu führen, bis sich eine parametrierbare Spannungsdifferenz, mit umgekehrtem Vorzeichen zur Spannungsdifferenz vor der begonnen Umladung einstellt. Sobald diese parametrierbare Spannungsdifferenz erreicht ist, wird die Umladung unterbrochen. Dieses Umladen über den Moment der eigentlichen Spannungsgleichheit hinaus hat den Vorteil, dass dadurch Spannungsabfälle, die ggf. beim Umladen an den Innenwiderständen von Energiespeichersystem und/oder Energiespeicher entstehen, kompensiert werden können. Dadurch lässt sich die Gleichheit der Quellspannungen von Energiespeichersystem und Energiespeicher erreichen, was dafür sorgt, dass beim elektrischen Parallelschalten beider Komponenten überhaupt kein Ausgleichstrom zwischen beiden fließt. Dabei ist die parametrierbare Spannungsdifferenz vorzugsweise unabhängig von der Spannungsdifferenz vorher. Bspw. wird bei einem Innenwiderstand von 0,1 Ohm (für Energiespeicher und Energiespeichersystem angenommen) und einem Umladestrom von 10 A die parametrierbare Spannungsdifferenz auf 2 × 0,1 Ohm × 10 A = 2 V eingestellt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the transfer between the energy storage system and the respective energy storage does not end at the moment in which the voltages of both components are exactly equal. It is advantageous to continue the reloading in the same direction until a configurable voltage difference, with the opposite sign to the voltage difference before the transhipment begins. As soon as this configurable voltage difference is reached, the transhipment is interrupted. This reloading over the moment of the actual voltage equality addition has the advantage that thereby voltage drops, which may arise during reloading the internal resistors of the energy storage system and / or energy storage, can be compensated. As a result, the equality of the source voltages of energy storage system and energy storage can be achieved, which ensures that at the electrical parallel switching of both components no equalizing current flows between the two. In this case, the parameterizable voltage difference is preferably independent of the voltage difference. For example. is set at an internal resistance of 0.1 ohms (assumed for energy storage and energy storage system) and a recharge current of 10 A, the parameterizable voltage difference to 2 × 0.1 ohm × 10 A = 2 V.

Vorzugsweise weist die Ladungstransfereinheit das gleiche Bezugspotential wie das Energiespeichersystem und der Energiespeicher auf, der dem Energiespeichersystem hinzugefügt werden soll.Preferably, the charge transfer unit has the same reference potential as the energy storage system and the energy storage to be added to the energy storage system.

Ausführungsbeispiele von Ausgestaltungen der Erfindung sind im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems 100 mit zwei über Schaltelemente 80 zu- und abschaltbaren, parallelen Energiespeichern 10 mit Ladungstransfereinheiten 30, 1 a first embodiment of an energy storage system according to the invention 100 with two via switching elements 80 can be switched on and off, parallel energy storage 10 with charge transfer units 30 .

2 ein Diagramm zum Spannungsverlauf des Energiespeichersystems 100 (U_S) und eines Energiespeichers 10 (U_X), 2 a diagram of the voltage curve of the energy storage system 100 (U _S ) and an energy storage 10 (U _X ),

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Energiespeichersystems 100 mit nur einer Ladungstransfereinheit 30 für drei Energiespeicher 10, 3 A second embodiment of an energy storage system 100 with only one charge transfer unit 30 for three energy stores 10 .

4 ein drittes Ausführungsbeispiel zur Nutzung der Ladungstransfereinheit 30 zum Vorladen eines Zwischenkreiskondensators 70 eines Umrichters 90, 4 A third embodiment for the use of the charge transfer unit 30 for precharging a DC link capacitor 70 an inverter 90 .

5 ein Diagramm zum Spannungsverlauf des Energiespeichersystems 100 (U_S) und der Zwischenkreisspannung (U_ZK) 5 a diagram of the voltage curve of the energy storage system 100 (U _S ) and the DC link _voltage (U _ZK )

6 eine Ausführungsform für einen Gleichspannungssteller, der als Ladungstransfereinheit 30 bei einem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem 100 verwendet werden kann; 6 an embodiment for a DC voltage controller, as a charge transfer unit 30 in an energy storage system according to the invention 100 can be used;

7 ein Flussablaufdiagramm für ein Verfahren zum Spannungsausgleich bei einem Energiespeichersystem 100 vor dem Hinzuschalten eines Energiespeichers. 7 a flow chart for a method for voltage compensation in an energy storage system 100 before adding an energy store.

1 zeigt ein Energiespeichersystem 100, zu dem zwei Energiespeicher 10 dazugeschaltet werden können. Das Energiespeichersystem 100 weist wenigstens einen Energiespeicher 100 auf. Die zwei zusätzlichen Energiespeicher 10 lassen sich dabei aktiv und individuell über erste Schaltvorrichtungen 80 elektrisch parallel zu dem Energiespeichersystem 100 schalten, um die notwendige Kapazität und Leistungsfähigkeit des Energiespeichersystems 100 bereitzustellen. Außerdem sind in 1 die Ladungstransfereinheiten 30 gezeigt, die jeweils vor dem elektrischen Verbinden eines Energiespeichers 10 mit dem Energiespeichersystem 100 dafür sorgen, dass die Gleichheit der Spannungen zwischen Energiespeicher 10 und Energiespeichersystem 100 gegeben ist. Die erste Schaltvorrichtung 80 ist dabei jeweils nur in einem Pfad enthalten, d. h. der hinzu zu schaltende Energiespeicher 10 ist mit einer Anschlussseite bereits mit dem Energiespeichersystem 100 verbunden. Die Ladungstransfereinheit 30 ist dabei sowohl mit dem. Energiespeichersystem 100 als auch mit dem hinzu zu schaltenden Energiespeicher 10 gekoppelt, um den Ladungsausgleich zwischen diesen vorzunehmen. Nach dem Ladungsausgleich wird die Ladungstransfereinheit 30 deaktiviert bzw. vom Energiespeicher 10 bzw. Energiespeichersystem 100 getrennt und der Energiespeicher 10 dem Energiespeichersystem 100 mittels der ersten Schaltvorrichtung 80 parallel geschaltet. 1 shows an energy storage system 100 to which two energy stores 10 can be switched on. The energy storage system 100 has at least one energy storage 100 on. The two additional energy storage 10 can be actively and individually via first switching devices 80 electrically parallel to the energy storage system 100 switch to the necessary capacity and performance of the energy storage system 100 provide. Also, in 1 the charge transfer units 30 shown in each case before the electrical connection of an energy store 10 with the energy storage system 100 Ensure that the equality of voltages between energy storage 10 and energy storage system 100 given is. The first switching device 80 is in each case only contained in one path, that is to be switched to the energy storage 10 is with a connection side already with the energy storage system 100 connected. The charge transfer unit 30 is doing both with the. Energy storage system 100 as well as with the added energy storage 10 coupled to make the charge balance between them. After charge equalization, the charge transfer unit becomes 30 deactivated or from the energy storage 10 or energy storage system 100 disconnected and the energy storage 10 the energy storage system 100 by means of the first switching device 80 connected in parallel.

In 2 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U_S des Energiespeichersystems 100 und der Spannung U_X eines Energiespeichers 10 gezeigt. Die Spannung U_X des Energiespeichers 10 ist in diesem Beispiel kleiner als die Spannung U_S des Energiespeichersystems 100. Nach dem Beginn des Spannungsangleichs zum Zeitpunkt t = t₁ steigt die Spannung U_X des Energiespeichers 10 und die Spannung U_S des Energiespeichersystems 100 sinkt. Zum Zeitpunkt t = t₂ hat die Spannung U_X des Energiespeichers 10 die Spannung U_S des Energiespeichersystems 100 erreicht bzw. diese bereits um einen parametrierbaren Betrag überschritten, wie in 2 gezeigt; dann kann die erste Schaltvorrichtung 80 am Energiespeicher 10 geschlossen werden, sodass der Energiespeicher 10 nun mit dem Energiespeichersystem 100 verbunden ist, ohne das ein unkontrollierter Ausgleichsstrom aufgrund von verschiedenen Spannungen des Energiespeichers 10 und des Energiespeichersystems 100 geflossen ist.In 2 is the time course of the voltage U _{S of} the energy storage system 100 and the voltage U _{X of} an energy store 10 shown. The voltage U _{X of} the energy storage 10 is smaller than the voltage U _{S of} the energy storage system in this example 100 , After the beginning of the voltage equalization at the time t = t ₁ , the voltage U _{X of} the energy store increases 10 and the voltage U _{S of} the energy storage system 100 sinks. At time t = t ₂ , the voltage U _{X of} the energy store 10 the voltage U _{S of} the energy storage system 100 reached or exceeded by a parameterizable amount, as in 2 shown; then the first switching device 80 at the energy storage 10 be closed, so the energy storage 10 now with the energy storage system 100 is connected, without an uncontrolled compensation current due to different voltages of the energy storage 10 and the energy storage system 100 flowed.

3 zeigt ein Energiespeichersystem 100 mit drei Energiespeichern 10, die jeweils über einzelne Schaltelemente 80 zum Energiespeichersystem 100 parallel hinzu geschaltet werden können. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine Ladungstransfereinheit 30 vorgesehen, die mit einer ihrer Anschlussseiten über drei zusätzliche Schalter 50 (zweite Schaltvorrichtungen) mit jedem der drei Energiespeicher 10 verbunden werden kann. Vor dem Zuschalten eines Energiespeichers 10 zum Energiespeichersystem 100 wird dazu der dem jeweiligen Energiespeicher 10 zugeordnete zweite Schalter 50 geschlossen. Vor und während des Spannungsausgleichs ist die jeweilige erste Schaltvorrichtung 80 geöffnet. 3 shows an energy storage system 100 with three energy stores 10 , each with individual switching elements 80 to the energy storage system 100 can be added in parallel. In this embodiment, only one charge transfer unit is 30 provided with one of its terminal sides via three additional switches 50 (Second switching devices) with each of the three energy storage 10 can be connected. Before connecting an energy storage 10 to the energy storage system 100 is the the respective energy storage 10 associated second switch 50 closed. Before and during the voltage compensation is the respective first switching device 80 open.

Die Ladungstransfereinheit 30 gleicht dann die Spannung des Energiespeichers 10 an die Spannung des Energiespeichersystems 100 an. Anschließend wird die erste Schaltvorrichtung 80 des Energiespeichers 10 geschlossen und damit der Energiespeicher 10 mit dem Energiespeichersystem 100 verbunden und der zweite Schalter 50, der den Kontakt zur Ladungstransfereinheit 30 herstellt, wird wieder geöffnet. Gegebenenfalls wird dieses Vorgehen für den nächsten hinzu zuschaltenden Energiespeicher 10, wie zuvor beschrieben, erneut durchgeführt. Auf diese Art und Weise lässt sich der Schaltungsaufwand für die Ladungstransfereinheit 30 reduzieren, da diese nur während der Spannungsangleichung aktiv ist. Bei mehreren Energiespeichern 10, die hinzuschaltbar sind, kann dann die Ladungstransfereinheit 30 sequentiell mit den mehreren Energiespeichern 10 verbunden werden, um den jeweiligen Spannungsausgleich zwischen Energiespeicher 10 und Energiespeichersystem 100 vorzunehmen, bevor der entsprechende Energiespeicher 10 dem Energiespeichersystem 100 parallel geschaltet wird.The charge transfer unit 30 then resembles the voltage of the energy storage 10 to the voltage of the energy storage system 100 at. Subsequently, the first switching device 80 of the energy store 10 closed and thus the energy storage 10 with the energy storage system 100 connected and the second switch 50 who is in contact with the cargo transfer unit 30 will be opened again. If necessary, this procedure for the next added energy storage 10 as previously described. In this way, the circuit complexity for the charge transfer unit 30 reduce, since this is active only during the voltage equalization. For multiple energy storage 10 which can be added, then the charge transfer unit 30 sequentially with the multiple energy stores 10 be connected to the respective voltage balance between energy storage 10 and energy storage system 100 make before the corresponding energy storage 10 the energy storage system 100 is switched in parallel.

Die Ladungstransfereinheit 30 ist mit ihrer zweiten Anschlussseite mit dem Energiespeichersystem 100 verbunden, um die Spannung des Energiespeichersystems 100 zu erfassen und den Ladungsausgleich durchzuführen. Weiter ist die Ladungstransfereinheit 30 mit einem Potential verbunden, welches sowohl für den Energiespeicher 10 als auch das Energiespeichersystem 100 gleich ist.The charge transfer unit 30 is with its second connection side to the energy storage system 100 connected to the tension of the Energy storage system 100 to capture and perform the charge balance. Next is the charge transfer unit 30 connected to a potential which is both for the energy storage 10 as well as the energy storage system 100 is equal to.

4 zeigt ein Energiespeichersystem 100 (gestrichelt) in einem Verbund mit einem mit den Klemmen (+, –) des Energiespeichersystems 100 verbundenen Umrichter 90. Das Energiespeichersystem 100 weist darüber hinaus auch noch einen zuschaltbaren Energiespeicher 10 auf, wobei auch dessen Zuschaltung mit Hilfe der Ladungstransfereinheit 30 vorgenommen werden kann. 4 shows an energy storage system 100 (dashed) in a composite with one with the terminals (+, -) of the energy storage system 100 connected converters 90 , The energy storage system 100 also has a switchable energy storage 10 in which also its connection by means of the charge transfer unit 30 can be made.

Energiespeichersysteme 100 werden häufig zusammen mit Umrichtern 90 eingesetzt, die insbesondere zum Umwandeln einer Gleichspannung eines Energiespeichersystems 100 in eine Wechselspannung, bspw. 3 Phasen Wechselspannung dienen.Energy Storage Systems 100 are common with inverters 90 used, in particular for converting a DC voltage of an energy storage system 100 in an AC voltage, for example, serve 3-phase AC voltage.

Dazu verfügen Umrichter 90 häufig eingangseitig über einen Zwischenkreiskondensator 70, der für eine geringe Welligkeit der Spannung am Eingang des Umrichters 90 bei getaktetem Eingangsstrom sorgt. Der Zwischenkreiskondensator 70 selbst ist ebenfalls als Energiespeicher zu betrachten, sodass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem korrespondierenden Verfahren die Vorladung des Zwischenkreiskondensators 70 durch die Ladungstransfereinheit 30 erfolgen kann, bevor die Hauptschalter 75, 77 zwischen Energiespeichersystem 100 und dem Umrichter 90 geschlossen werden. Um die entsprechende Vorladung vorzunehmen ist ein drittes Schaltelement 55 angeordnet, welches den elektrischen Kontakt zwischen Ladungstransfereinheit 30 und dem Zwischenkreiskondensator 70 herstellt.These have inverters 90 often on the input side via a DC link capacitor 70 , for a slight ripple of the voltage at the input of the inverter 90 provides clocked input current. The DC link capacitor 70 itself is also to be regarded as energy storage, so that with the inventive device and the corresponding method, the pre-charging of the DC link capacitor 70 through the charge transfer unit 30 can be done before the main switch 75 . 77 between energy storage system 100 and the inverter 90 getting closed. To make the appropriate summons a third switching element 55 arranged, which the electrical contact between charge transfer unit 30 and the DC link capacitor 70 manufactures.

Vor dem Angleichen der Spannung vom Energiespeichersystem 100 und dem Zwischenkreiskondensator 70 wird in der dargestellten Applikation der negative Hauptschalter 77 geschlossen. Somit kann in der oben beschriebenen Weise auf eine zusätzliche Vorladeschaltung für den Zwischenkreiskondensator 70 verzichtet werden. Durch den geschlossenen negativen Hauptschalter 77 hat die Ladungstransfereinheit 30 das gleiche Bezugspotential wie der Energiespeicher (nicht explizit dargestellt) des Energiespeichersystems 100.Before equalizing the voltage from the energy storage system 100 and the DC link capacitor 70 becomes in the illustrated application the negative main switch 77 closed. Thus, in the manner described above, an additional precharging circuit for the DC link capacitor 70 be waived. Through the closed negative main switch 77 has the charge transfer unit 30 the same reference potential as the energy storage (not explicitly shown) of the energy storage system 100 ,

Für diesen Fall des Vorladens eines Zwischenkreiskondensators 70 mittels der Ladungstransfereinheit 30 sind die dazugehörigen zeitlichen Verläufe der Spannungen qualitativ in 5 gezeigt. Gezeigt ist der Fall, dass die Ladungstransfereinheit 30 bei einer konstanten Leistung arbeitet, sodass zu Beginn (t = 0), wenn der Zwischenkreiskondensator 70 leer ist, ein hoher Strom zum schnellen Laden desselben führt. Die Spannung U_ZK des Zwischenkreiskondensators 70 steigt zunächst sehr schnell an. Steigt die Spannung U_ZK, verringert sich der Strom zum Vorladen des Zwischenkreiskondensators 70, da die Umladung mit konstanter Leistung erfolgt. Der hohe Strom aus dem Energiespeichersystem 100 sorgt zunächst für einen Einbruch der Spannung des Energiespeichersystems U_S, der sich mit der Zeit verkleinert, sowie sich der Umladestrom verringert. Zum Zeitpunkt t = t₃ sind beide Spannungen gleich oder die Spannung U_ZK des Zwischenkreiskondensators 70 überschreitet die Spannung U_S des Energiespeichersystems 100 um einen parametrierbaren Wert (hier nicht dargestellt), und der positive Hauptschalter 75 kann stromlos geschlossen werden. Somit ist der Umrichter mit dem Zwischenkreiskondensator 75 an das Energiespeichersystem 100 angeschlossen.In this case of precharging a DC link capacitor 70 by means of the charge transfer unit 30 are the associated temporal courses of the tension qualitatively in 5 shown. Shown is the case that the charge transfer unit 30 at a constant power, so at the beginning (t = 0) when the DC link capacitor 70 is empty, a high current leads to fast charging of the same. The voltage U _{ZK of} the _{DC link} capacitor 70 starts at first very fast. If the voltage U _{ZK increases} , the current for precharging the DC link capacitor decreases 70 because the transshipment takes place with constant power. The high current from the energy storage system 100 initially provides for a dip in the voltage of the energy storage system U _S , which decreases with time, and the Umladestrom decreases. At time t = t ₃ , both voltages are equal or the voltage U _{ZK of} the _{DC link} capacitor 70 exceeds the voltage U _{S of} the energy storage system 100 by a parameterizable value (not shown here), and the positive main switch 75 can be closed without power. Thus, the inverter with the DC link capacitor 75 to the energy storage system 100 connected.

Mit dem ersten Schalter 80 und dem zusätzlichen zweiten Schalter 50 lässt sich der zusätzliche Energiespeicher 10 des Energiespeichersystems 100 ab bzw. wieder zum Energiespeichersystem 100 hinzuschalten. Dazu ist dann der dritte Schalter 55 für die Vorladung des Zwischenkreiskondensators 70 geöffnet.With the first switch 80 and the additional second switch 50 can the additional energy storage 10 of the energy storage system 100 off or back to the energy storage system 100 hinzuschalten. This is then the third switch 55 for precharging the DC link capacitor 70 open.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 6 beispielhaft ein Gleichstromsteller beschrieben, der als Ladungstransfereinheit 30 verwendet werden kann.The following is with reference to 6 an example of a DC chopper described as a charge transfer unit 30 can be used.

Ein Gleichstromsteller 30 gehört zu den Gleichspannungswandlern und wird zwischen den Energiespeicher 10 und das Energiespeichersystem 100 geschaltet.A DC chopper 30 belongs to the DC-DC converters and is between the energy storage 10 and the energy storage system 100 connected.

Die Prinzipschaltung umfasst dabei zwei interne Schalter und eine Spule bzw. Drossel zur Strombegrenzung und Energiespeicherung. Es sind jedoch auch andere Schaltungskonfigurationen möglich, bspw. Drossel im senkrechten Pfad, Kondensator statt Spule etc.. Weiter lassen sich auch Dioden verwenden, die bis zu einer gewissen Belastung eine Stromflussrichtung bestimmen.The basic circuit comprises two internal switches and a coil or throttle for current limitation and energy storage. However, other circuit configurations are possible, for example. Throttle in the vertical path, capacitor instead of coil, etc. Furthermore, diodes can be used, which determine a current flow direction up to a certain load.

Für den Einsatz eines Gleichstromstellers 30 bei einem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem 100 ist insbesondere erforderlich, dass der Gleichstromsteller 30 die Energie zwischen den zwei unterschiedlichen Spannungsebenen (mit in diesem Fall überlappenden Spannungsbereichen und gleichem Bezugspotential) gezielt in beide Richtungen transferieren kann. Dabei kann es sich sowohl um einen Sperr- als auch einen Flusswandler handeln. Alternativ zum Gleichstromsteller 30 könnte die Ladungstransfereinheit 30 auch als resonanter Umlader realisiert werden. Es ist auch möglich, eine Vorrichtung einzusetzen, bei der die Ladung zum Spannungsausgleich von außen (von einem externen Spannungsnetz) zuführbar ist.For the use of a DC actuator 30 in an energy storage system according to the invention 100 is particularly required that the DC chopper 30 The energy between the two different voltage levels (with in this case overlapping voltage ranges and the same reference potential) can selectively transfer in both directions. This can be both a blocking and a flux converter. Alternative to the DC-DC converter 30 could be the charge transfer unit 30 be realized as a resonant Umlader. It is also possible to use a device in which the charge for voltage compensation from the outside (from an external voltage network) can be fed.

Eine einfache Ausführungsform des Gleichstromstellers stellt ein Synchronwandler dar, der vorzugsweise überlappende Spannungsbereiche aufweist und bei dem ein bidirektionaler Energiefluss möglich ist. Alternativ ist auch ein Boost-Buck-, Cuk- oder SEPIC-Converter einsetzbar. Der Synchronwandler eignet sich insbesondere für kleine Leistungen. A simple embodiment of the DC adjuster is a synchronous converter, which preferably has overlapping voltage ranges and in which a bidirectional energy flow is possible. Alternatively, a Boost Buck, Cuk or SEPIC converter can be used. The synchronous converter is particularly suitable for small power.

Im Folgenden wird ein Verfahren zum Hinzuschalten eines Energiespeichers zu einem Energiespeichersystem anhand von 7 beschrieben.The following is a method for adding an energy storage to an energy storage system based on 7 described.

Das Verfahren wird anhand der Schaltungskonfiguration von 3 beschrieben.The method is based on the circuit configuration of 3 described.

Zuerst wird in Schritt (S100) der Energiespeicher 10 durch Schließen des jeweiligen zweiten Schalters 50 mit der Ladungstransfereinheit 30 verbunden, die die Spannungen des hinzu zu schaltenden Energiespeichers 10 und die Spannung des Energiespeichersystems 100 erfasst und in Schritt (S200) die Spannung des Energiespeichers 10 an die Spannung des Energiespeichersystems 100 angleicht. Wenn die Spannungen entsprechend angeglichen sind (S300), wird der erste Schalter 80 geschlossen (S400), um den zweiten Energiespeichers 10 parallel zum Energiespeichersystem 100 zu schalten. Da die Ladungstransfereinheit 30 dann nicht mehr benötigt wird, kann der zweite Schalter 50 des hinzu geschalteten Energiespeichers 10 geöffnet werden (S500). Wenn weitere Energiespeicher hinzugeschaltet werden sollen (S600), werden die Schritte S100–S400 wiederholt.First, in step (S100), the energy storage 10 by closing the respective second switch 50 with the charge transfer unit 30 connected to the voltages of the energy storage to be switched 10 and the voltage of the energy storage system 100 detects and in step (S200) the voltage of the energy storage 10 to the voltage of the energy storage system 100 equalizes. When the voltages are adjusted accordingly (S300), the first switch becomes 80 closed (S400) to the second energy store 10 parallel to the energy storage system 100 to switch. Because the charge transfer unit 30 then no longer needed, the second switch can 50 of the added energy storage 10 be opened (S500). If additional energy storage devices are to be added (S600), steps S100-S400 are repeated.

Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher bzw. dem Verfahren zum Hinzuschalten eines Energiespeichers zu einem Energiespeichersystem lässt sich durch den Einsatz einer Ladungstransfereinheit vor dem aktiven Parallelschalten ein Spannungsangleich erzielen, der ein nachteiliges Auftreten von Ausgleichsströmen beim Zusammenschalten verhindert, falls zwischen Energiespeicher und Energiespeichersystem Spannungsunterschiede bestehen.With the energy storage device according to the invention or the method for adding an energy storage device to an energy storage system, a voltage equalization can be achieved by the use of a charge transfer unit before the active parallel switching, which prevents a disadvantageous occurrence of compensation currents during interconnection, if voltage differences exist between the energy storage device and the energy storage system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Energiespeicher, der Energiespeichersystem hinzugeschaltet werden sollEnergy storage, the energy storage system to be connected
3030: Ladungstransfereinheit, GleichstromstellerCharge transfer unit, DC chopper
5050: zweite Schaltvorrichtung zum Verbinden eines Energiespeichers 10 mit der Ladungstransfereinheit 30 second switching device for connecting an energy storage device 10 with the charge transfer unit 30
5555: dritte Schaltvorrichtung zum Verbinden der Ladungstransfereinheit 30 mit dem Zwischenkreiskondensator 70 third switching device for connecting the charge transfer unit 30 with the DC link capacitor 70
7070: ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
7575: Hauptschalter am positiven PolMain switch at the positive pole
7777: Hauptschalter am negativen PolMain switch at the negative pole
8080: erste Schaltvorrichtung zum Zuschalten eines Energiespeichers zum Energiespeichersystemfirst switching device for connecting an energy storage device to the energy storage system
9090: Umrichterinverter
100100: Energiespeichersystem mit wenigstens einem EnergiespeicherEnergy storage system with at least one energy storage
U_S U _S: Spannung des Energiespeichersystems 100 Voltage of the energy storage system 100
U_X U _X: Spannung eines Energiespeichers 10 Voltage of an energy store 10
U_ZK U _ZK: Spannung des Zwischenkreiskondensators 70 Voltage of the DC link capacitor 70

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007041526 A1 [0011]
DE 102008002179 A1 [0013]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Parallel Strings - Parallel Universes, Jim McDowall, Proceedings in Battcon 2002 [0012]

Claims

Energy storage system comprising: a first energy storage ( 100 ), at least one to the first energy storage ( 100 ) parallel switchable second energy storage ( 10 ), at least one charge transfer unit ( 30 ) for equalizing the voltages of the first energy store ( 100 ) and the second energy store ( 10 ) to each other to a predetermined voltage difference, wherein the charge transfer unit ( 30 ) parallel to the second energy store ( 10 ), and at least one first switching device ( 80 ), which between the first energy storage ( 100 ) and the second energy store ( 10 ) is switched.

Energy storage system according to claim 1, wherein the charge transfer unit ( 30 ) is designed as a DC voltage controller.

Energy storage system according to claim 2, wherein the DC voltage controller is designed as a synchronous converter with bidirectional energy flow.

Energy storage system according to claim 1 to 3, wherein the charge transfer unit ( 30 ) with a connection side with the second energy store ( 10 ) and with another connection side with the first energy store ( 100 ) connected is.

Energy storage system according to one of claims 1 to 4, wherein the charge transfer unit ( 30 ) with several energy storage system ( 100 ) switchable energy storage ( 10 ) via respective second switching devices ( 50 ) is connectable.

Energy storage system according to one of claims 1 to 5, wherein an inverter ( 90 ) with a DC link capacitor ( 70 ) to the charge transfer unit ( 30 ) for precharging the DC link capacitor ( 70 ) is connectable.

Energy storage system according to one of claims 1 to 6, wherein the energy store ( 10 . 100 ) is formed in the form of a battery, a battery module or a battery cell.

Energy storage system according to one of claims 1 to 7, wherein the charge transfer unit ( 30 ) the same reference potential as the first energy store ( 100 ) and the second energy store ( 10 ) having.

A method for adding an energy store to an energy storage system, comprising the steps of: - connecting (S100) a charge transfer unit ( 30 ) with a second energy store ( 10 ) for equalizing the voltages of the second energy store ( 10 ) and a first energy store ( 100 ) of the energy storage system to each other to a predetermined voltage difference; Parallel connection (S400) of the second energy store ( 10 ) to the first energy store ( 100 ) of the energy storage system after the voltages of the second energy store ( 10 ) and the first energy store were matched by charge transfer.

Method according to Claim 9, in which a plurality of energy stores ( 10 ) to the energy storage system ( 100 ), the respective voltages of the individual to be switched energy storage ( 10 ) successively to the voltage of the energy storage system ( 100 ) are adapted by means of charge transfer, so that after adjusting the voltage of an energy store ( 10 ) to the voltage of the energy storage system ( 100 ), this energy store ( 10 ) the energy storage system ( 100 ) is switched on before the voltage of the next energy store to be connected ( 10 ) is adjusted.

Method according to Claim 9, in which a plurality of energy stores ( 10 ) to the energy storage system ( 100 ), the respective voltages of the individual to be switched energy storage ( 10 ) simultaneously to the voltage of the energy storage system ( 100 ) are adapted by means of charge transfer, so that after equalizing the voltages of the multiple energy storage ( 10 ) to the voltage of the energy storage system ( 100 ), these energy stores ( 10 ) the energy storage system ( 100 ) are switched on.

Method according to one of claims 9 to 11, wherein in the case of a required reloading of charge from the energy storage device to be connected ( 10 ) into the energy storage system ( 100 ), the transhipment takes place until the voltage of the energy storage system ( 100 ) from the voltage of the energy store to be connected ( 10 ) deviates only by a configurable voltage difference.

Method according to one of Claims 9 to 11, in which, in the event of a necessary reloading, the energy storage system ( 100 ) in the energy store to be connected ( 10 ), the transhipment takes place until the voltage of the energy store to be connected ( 10 ) of the voltage of the energy storage system ( 100 ) deviates only by a configurable voltage difference.

Method according to one of Claims 9 to 13, in which a switchable energy store is used as a DC link capacitor ( 70 ) of an inverter ( 90 ) is formed whose voltage is controlled by means of the charge transfer unit ( 30 ) for voltage equalization before interconnecting from the energy storage system ( 100 ) and converters ( 90 ) is loaded.