WO2016202846A1 - Inverter, flow battery system, and method for charging and discharging a flow battery - Google Patents

Inverter, flow battery system, and method for charging and discharging a flow battery Download PDF

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WO2016202846A1
WO2016202846A1 PCT/EP2016/063726 EP2016063726W WO2016202846A1 WO 2016202846 A1 WO2016202846 A1 WO 2016202846A1 EP 2016063726 W EP2016063726 W EP 2016063726W WO 2016202846 A1 WO2016202846 A1 WO 2016202846A1
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inverter
terminal
battery
connection
converter
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PCT/EP2016/063726
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Thomas LUETH
Daniel Leypold
Peter Wiedemuth
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TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • HELECTRICITY
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an inverter for a Flußbatteriesystem, a Flußbatteriesystem with an inverter and a method for charging and discharging a river battery.
  • a flow battery system for example a redox flow battery system which uses, for example, electrolyte combinations of V / V, Fe / Cr or Zn / Br, is increasingly used as a stationary energy store. Integrated into a large system of energy producers and consumers, it can serve for network stabilization or can intercept generator or load peaks.
  • a river battery system usually has several so-called stacks, consisting of several electrochemical cells or flow batteries, the stacks each have a relatively low DC voltage of 40V to 70V in a stack several cells connected in series, depending on the state of charge a voltage of about 1.2V to 1.6V
  • the stacks are hydraulically connected in parallel. If a first stack were electrically connected in series with a second stack, then a shunt current would flow via the parallel connection of the electrolyte lines, which would lead to considerable losses.
  • resistance elements in the electrolyte lines, which build a maximum electrical resistance in the electrolyte line and at the same time not negatively affect the hydraulic hydraulics as possible. But that is expensive component, especially because these resistance elements must be constructed of acid-resistant material and at the same time electrically insulating.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device with which a flow battery system is constructed and can be operated, on the one hand, can be operated efficiently and on the other is inexpensive in construction.
  • the object is achieved with the features of the independent claims.
  • the object can be achieved with an inverter for a river battery system, comprising:
  • HVDC connection a bidirectionally operable AC / DC converter with a mains connection and a high-voltage direct current connection (HVDC connection),
  • DC / DC converter units each having a first and a second DC connection pair, wherein the DC / DC converter units are each designed to transport power bidirectionally from the first DC connection pair to the second DC connection pair, as well as in the opposite direction,
  • each first DC connection pair is connected to a battery connection pair
  • first DC connection pairs are galvanically isolated from the second DC connection pairs
  • At least two DC / DC converter units are connected at their DC terminal pairs in a series connection, in that one terminal of the second DC terminal pair of a first DC / DC converter unit at least one connection to a terminal of a second DC terminal pair of another DC / DC converter unit in other words, at least two DC / DC converter units are connected in series at their second DC terminal pairs, and
  • the series circuit is connected to the HVDC connection.
  • DC / DC converter units can be used, which change the voltage from their first DC terminal pair to their second DC terminal pair by less than a factor of 3, in particular by less than a factor of 2. This allows the DC / DC converter units to be operated very efficiently. This is particularly important for bidirectionally operable DC / DC converters in memory applications because converter efficiency has a dual effect in a charge / discharge cycle.
  • an AC / DC converter can be used, which changes the voltage from its DC terminal pair to its AC terminal pair by less than a factor of 3, in particular by less than a factor of 2. This also allows the AC / DC converter to be operated very efficiently. This is particularly important for a bidirectionally operable AC / DC converter.
  • Battery thus includes within the meaning of the invention, a single cell, but also several cells and also a stack consisting of several cells or batteries.
  • the inverter may have at least three DC / DC converter units connected in series at their second DC terminal pairs.
  • the AC / DC converter and / or the DC / DC converter units can be operated even more efficiently.
  • the inverter may have common control for the AC / DC converter and the DC / DC converter units.
  • the inverter may have a data connection from the controller to the AC / DC converter and to the DC / DC converter units.
  • the controller may be configured to drive both the AC / DC converter and the DC / DC converter units. This allows the inverter to be operated even more efficiently.
  • the controller may be configured to perform a state of charge detection on each individual battery terminal pair.
  • the inverter may have a voltage measuring device on each individual battery terminal pair, and the controller may be configured to detect a state of charge detection on each individual battery terminal pair based on the voltage measured by the voltage measuring devices
  • the controller can be designed, in the direction of power flow into a DC / DC converter unit from a second DC connection pair to a first DC connection pair, a current regulation with a predetermined
  • the inverter can provide a data connection for the data connection of the controller with other components of the system
  • the inverter may have a failure detection of individual components, in particular the DC / DC converter units or batteries.
  • the failure detection can be a separate unit or be part of the controller.
  • the controller may be configured to short-circuit one of the DC / DC converter units and / or a battery, the second DC terminal pair associated with the battery or the DC / DC converter unit in case of failure detection, and / or their first DC terminal pair in idle mode turn.
  • a DC / DC converter unit can be simple
  • the number of DC / DC converter units and their control range of the voltage at the second DC connection pair may be designed to provide the same voltage at the HVDC connection in the event of failure of a DC / DC converter unit or a battery as when operating with all series-connected DC Converter units, each DC / DC converter unit being designed to convert a DC voltage into a predetermined DC current in the power flow direction from a first DC terminal pair to a second DC terminal pair and a DC current in a predefined DC voltage in the reverse power flow direction
  • the scope of the invention also includes a flux battery system having an inverter according to the invention, which further comprises:
  • At least two batteries which are electrically connected to each of the battery terminal pairs of the inverter,
  • the batteries may be hydraulically connected in parallel in their connections for supply and return of the electrolyte.
  • the batteries may be hydraulically connected in parallel in their connections for supply and return of the electrolyte.
  • floating DC / DC converters in the inverter one can connect one terminal side of these inverters in series to produce a sufficiently high voltage for the inverter without causing a voltage across the batteries, so that no shunt current flows though these are connected in parallel hydraulically.
  • a method for charging and discharging a flow battery wherein an electrolyte is led from two tanks each to a plurality of batteries to two terminals and returned by the batteries of two further terminals to the tanks, and by the batteries one loading or
  • Discharge current flows which is respectively supplied to a bidirectionally operable DC / DC converter, wherein the DC / DC converters are connected together at their other converter side in series, so that in
  • a method for operating a river battery system in which at least two batteries are electrically connected to each battery terminal pairs of an inverter, and hydraulically, in particular parallel, are connected to at least two tanks filled with electrolyte, a circulation of the electrolyte from the tanks to the batteries back and each battery is associated with a DC / DC converter whose first DC / DC pairs of terminals are connected to a respective battery and the second DC / DC pairs of terminals are connected in series, wherein a potential separation the first and second DC / DC Connection pairs done.
  • a sufficiently high DC voltage can be generated in order to
  • Charge state detection can be performed on each battery connection pair. Thus, the state of charge of each battery can be monitored.
  • DC / DC converter units and / or the batteries are monitored for failure.
  • the second terminal pair associated with the battery or the DC / DC converter unit can be short-circuited and / or its first DC terminal pair can be switched to idle.
  • the system can be transferred to a safe state without the risk of fire.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a Flußbatteriesystems with a
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a DC / DC converter unit.
  • a flow battery system 100 with an inverter 1, two tanks 21, 22 and three stacks 8, 9, 10 is shown.
  • the stacks are designed as (flow) batteries.
  • the stacks may have multiple cells or (flow) batteries.
  • only two or even more than three stacks can be provided.
  • the first tank 21 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a first supply line 27. Inserted in this feed line 27 is a first pump 23 which can circulate the electrolyte.
  • the first tank 21 is over a first one
  • the second tank 22 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a second supply line 28. Inserted in this feed line 28 is a second pump 24 which can circulate the electrolyte. The second tank 22 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a second return line 26.
  • the stacks 8, 9, 10 are connected in parallel to the return and supply lines 25, 26, 27, 28. If the first stack 8 were at a different electrical potential than e.g. the second stack 9, a balancing current, so-called shunt current, would flow via the parallel connection of the electrolyte return and supply lines 25-28, which would lead to losses.
  • the inverter 1 has the same number of DC / DC converter units 5, 6, 7 as stacks 8, 9, 10.
  • the inverter 1 has a battery connection pair 8a, 8b.
  • the inverter 1 has a battery connection pair 9a, 9b.
  • the inverter 1 After connection to the third stack 10, the inverter 1 has a battery connection pair 10a, 10b.
  • the DC / DC converter units 5, 6, 7 each have a first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b and a second DC terminal pair 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b.
  • the DC / DC converter units 5, 6, 7 are each configured to supply power bidirectionally from both the first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b to the second DC terminal pair 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b transport as well as in reverse
  • Each first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b is connected to a battery terminal pair 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b of the inverter 1.
  • a voltage measuring device 35, 36, 37 is provided at the DC connection pairs 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b and the connected battery terminal pairs 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, respectively.
  • a voltage measuring device 35, 36, 37 is provided at the DC connection pairs 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b and the connected battery terminal pairs 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, respectively.
  • the state of charge of the stacks 8, 9, 10 can be monitored.
  • the state of the DC / DC converter units 5, 6, 7 can be monitored.
  • the DC / DC converter units 5, 6, 7 are configured such that the first DC terminal pairs 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b of the second DC terminal pairs 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b galvanic are isolated.
  • the DC / DC converter units 5, 6, 7 are connected in series at their second DC terminal pairs 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b, and the series circuit is connected to a high voltage DC terminal
  • the AC / DC converter 2 is connected to a power supply 3 at its AC side.
  • the power grid 3 can be single-phase or multi-phase.
  • Safety switches can be provided between power grid 3 and AC / DC converter 2. Filters for damping disturbances both from the power grid 3 and from the inverter 1 can be provided.
  • the inverter 1 has a controller 11.
  • the inverter 1 has a data connection 12 from the controller 11 to the AC / DC converter 2 and to the DC / DC converter units 5, 6, 7.
  • Inverter 1 has a data connection 13 for data linkage of the controller 11 with other components of the
  • FIG. 2 shows a detailed representation of a DC / DC converter 5.
  • a first switching bridge 40 with the switching elements Sl - S4 is connected. This switching bridge 40 is connected to the primary winding 41 of a transformer 42.
  • Primary winding 41 and the secondary winding 43 of the transformer 42 are galvanically isolated.
  • the secondary winding 43 is at another
  • Switching bridge 44 is connected, which has the switching elements S5 - S8.
  • the output of the switching bridge 44 is connected to a boost converter 45, which provides the voltage at the DC terminal pairs 15a, 15b. Because the transformer 42 is galvanically isolated, the terminal pairs 8a, 8b and 15a, 15b are also galvanically isolated.

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Abstract

The invention relates to an inverter (1) for a flow battery system (100), having the following: - a bidirectionally operatable AC/DC converter (2) with a network terminal (3) and an HVDC terminal (4a, 4b), - multiple battery terminal pairs (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) for connecting to batteries of the flow battery system (100), and - at least two DC/DC converter units (5, 6, 7), each of which comprises a first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) and a second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b), each pair being designed to transport power bidirectionally from the first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) to the second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) as well as in the opposite direction, wherein - each first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) is connected to a battery terminal pair (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b), - the first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) is galvanically insulated from the second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b), and - the second DC terminal pairs (15a, 15b, 16a, 16b) of at least two DC/DC converter units (5, 6, 7) are connected in a series circuit, wherein a terminal (15b) of the second DC terminal pair (15a, 15b) of a first DC/DC converter unit (5) is connected to a terminal (16a) of a second DC terminal pair (16a, 16b) of another DC/DC converter unit (6), and the series circuit is connected to the HVDC terminal (4a, 4b).

Description

Wechselrichter, Flussbatteriesystem und Verfahren zum Laden und  Inverter, flow battery system and method of charging and
Entladen einer Flussbatterie  Discharging a river battery
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für ein Flussbatteriesystem, ein Flussbatteriesystem mit einem Wechselrichter sowie ein Verfahren zum Laden und Entladen einer Flussbatterie. The invention relates to an inverter for a Flußbatteriesystem, a Flußbatteriesystem with an inverter and a method for charging and discharging a river battery.
Ein Flussbatteriesystem, zum Beispiel ein Redox-Flow-Batteriesystem, das beispielsweise Elektrolyt-Kombinationen von V/V, Fe/Cr oder Zn/Br verwendet, findet in zunehmendem Maße als stationärer Energiespeicher Verwendung. Integriert in ein großes System aus Energieerzeugern und - Verbrauchern, kann es zur Netzstabilisierung dienen oder kann Erzeugeroder Lastspitzen abfangen. A flow battery system, for example a redox flow battery system which uses, for example, electrolyte combinations of V / V, Fe / Cr or Zn / Br, is increasingly used as a stationary energy store. Integrated into a large system of energy producers and consumers, it can serve for network stabilization or can intercept generator or load peaks.
Energiespeichersysteme dieser und anderer Art sind beispielsweise beschrieben in DE 10 2011 017 597 AI, DE 10 2009 054 485 AI, Energy storage systems of this and other types are described for example in DE 10 2011 017 597 AI, DE 10 2009 054 485 AI,
DE 10 2013 211 951 AI, WO 2011 154 306 A2, US 2012 0308856 AI . Ein Flussbatteriesystem weist zumeist mehrere so genannte Stacks auf, bestehend aus mehreren elektrochemischen Zellen bzw. Flow-Batterien, wobei die Stacks jeweils eine relativ niedrige DC-Spannung von 40V bis 70V aufweisen In einem Stack können mehrere Zellen in Reihe geschaltet, die je nach Ladezustand eine Spannung von etwa 1,2 V bis 1,6 V DE 10 2013 211 951 AI, WHERE 2011 154 306 A2, US 2012 0308856 AI. A river battery system usually has several so-called stacks, consisting of several electrochemical cells or flow batteries, the stacks each have a relatively low DC voltage of 40V to 70V in a stack several cells connected in series, depending on the state of charge a voltage of about 1.2V to 1.6V
aufweisen. Die Wandlung dieser relativ niedrigen DC-Spannung auf eine hohe AC-Spannung, wie sie in den meisten Stromversorgungsnetzen benötigt wird, ist verlustreich. Es wäre daher wünschenswert, eine höhere DC-Spannung zur Verfügung zu stellen. Man könnte die Stacks an ihren elektrischen Anschlüssen in Serie zu schalten, um eine höhere Spannung zu erhalten. Das ist jedoch mit Nachteilen verbunden. Die Stacks werden jeweils von zwei Elektrolyten durchströmt, die in großen Tanks exhibit. The conversion of this relatively low DC voltage to a high AC voltage, as required in most power grids, is lossy. It would therefore be desirable to provide a higher DC voltage. You could connect the stacks to their electrical connections in series to get a higher voltage. This is however associated with disadvantages. The stacks are each traversed by two electrolytes in large tanks
gespeichert werden. Geeigneterweise werden die Stacks hydraulisch parallel geschaltet. Würde ein erster Stack mit einem zweiten Stack elektrisch in Reihe geschaltet, so würde über die Parallelschaltung der Elektrolytleitungen ein Ausgleichsstrom („Shunt current") fließen, der zu erheblichen Verlusten führen würde. get saved. Suitably, the stacks are hydraulically connected in parallel. If a first stack were electrically connected in series with a second stack, then a shunt current would flow via the parallel connection of the electrolyte lines, which would lead to considerable losses.
In der US 2012 0308856 AI ist ein Redox-Flow-Batteriesystem In US 2012 0308856 AI is a redox flow battery system
beschrieben, bei dem zur Unterdrückung der Ausgleichsströme described, in which for the suppression of the compensation currents
vorgeschlagen wird, Widerstandselemente in die Elektrolytleitungen einzubauen, die einen elektrisch möglichst großen Widerstand in der Elektrolytleitung aufbauen und zugleich die Elektrolyten hydraulisch möglichst nicht negativ beeinflussen. Das ist aber bauteilaufwendig, insbesondere weil diese Widerstandselemente aus säurefestem Material und zugleich elektrisch isolierend aufgebaut sein müssen. is proposed to incorporate resistance elements in the electrolyte lines, which build a maximum electrical resistance in the electrolyte line and at the same time not negatively affect the hydraulic hydraulics as possible. But that is expensive component, especially because these resistance elements must be constructed of acid-resistant material and at the same time electrically insulating.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem ein Flussbatteriesystem aufgebaut und betrieben werden kann, das zum einen effizient betrieben werden kann und zum anderen kostengünstig im Aufbau ist. The object of the present invention is to provide a method and a device with which a flow battery system is constructed and can be operated, on the one hand, can be operated efficiently and on the other is inexpensive in construction.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Insbesondere kann die Aufgabe mit einem Wechselrichter für ein Flussbatteriesystem gelöst werden, aufweisend : The object is achieved with the features of the independent claims. In particular, the object can be achieved with an inverter for a river battery system, comprising:
- einen bidirektional betreibbaren AC/DC-Wandler mit einem Netz- Anschluss und einem Hochspannungsgleichstromanschluss (HVDC- Anschluss), a bidirectionally operable AC / DC converter with a mains connection and a high-voltage direct current connection (HVDC connection),
- mehrere Batterie-Anschlusspaare zum Anschluss an Batterien des - several battery pairs for connection to batteries of the
Flussbatteriesystems,  Flow battery system,
- zumindest zwei DC/DC-Wandlereinheiten mit jeweils einem ersten und einem zweiten DC-Anschlusspaar, wobei die DC/DC-Wandlereinheiten jeweils ausgelegt sind, Leistung bidirektional sowohl vom ersten DC- Anschlusspaar zum zweiten DC Anschlusspaar zu transportieren als auch in umgekehrter Richtung, at least two DC / DC converter units each having a first and a second DC connection pair, wherein the DC / DC converter units are each designed to transport power bidirectionally from the first DC connection pair to the second DC connection pair, as well as in the opposite direction,
- wobei jedes erste DC-Anschlusspaar mit einem Batterie-Anschlusspaar verbunden ist, wherein each first DC connection pair is connected to a battery connection pair,
- wobei die ersten DC-Anschlusspaare von den zweiten DC- Anschlusspaaren galvanisch isoliert sind, wherein the first DC connection pairs are galvanically isolated from the second DC connection pairs,
- wobei zumindest zwei DC/DC-Wandlereinheiten an ihren DC- Anschlusspaaren in einer Serienschaltung verbunden sind, indem ein Anschluss des zweiten DC-Anschlusspaars einer ersten DC/DC- Wandlereinheit zumindest eine Verbindung mit einem Anschluss eines zweiten DC-Anschlusspaars einer weiteren DC/DC-Wandlereinheit aufweist - mit anderen Worten sind zumindest zwei DC/DC- Wandlereinheiten an ihren zweiten DC-Anschlusspaaren in Serie geschaltet -, und wherein at least two DC / DC converter units are connected at their DC terminal pairs in a series connection, in that one terminal of the second DC terminal pair of a first DC / DC converter unit at least one connection to a terminal of a second DC terminal pair of another DC / DC converter unit in other words, at least two DC / DC converter units are connected in series at their second DC terminal pairs, and
- wobei die Serienschaltung mit dem HVDC-Anschluss verbunden ist. - The series circuit is connected to the HVDC connection.
Auf diese Weise können DC/DC-Wandlereinheiten eingesetzt werden, die die Spannung von ihrem ersten DC-Anschlusspaar zu ihrem zweiten DC-Anschlusspaar um weniger als den Faktor 3, insbesondere um weniger als den Faktor 2 verändern. Damit können die DC/DC-Wandlereinheiten sehr effizient betrieben werden. Das ist insbesondere für bidirektional betreibbare DC/DC-Wandler in Speicheranwendungen wichtig, denn die Wandlereffizienz wirkt sich in einem Lade-/ Entladezyklus zweimal aus. In this way, DC / DC converter units can be used, which change the voltage from their first DC terminal pair to their second DC terminal pair by less than a factor of 3, in particular by less than a factor of 2. This allows the DC / DC converter units to be operated very efficiently. This is particularly important for bidirectionally operable DC / DC converters in memory applications because converter efficiency has a dual effect in a charge / discharge cycle.
Auf diese Weise kann auch ein AC/DC-Wandler eingesetzt werden, der die Spannung von seinem DC-Anschlusspaar zu seinem AC-Anschlusspaar um weniger als den Faktor 3, insbesondere um weniger als den Faktor 2 verändert. Damit kann auch der AC/DC-Wandler sehr effizient betrieben werden. Das ist insbesondere für einen bidirektional betreibbaren AC/DC- Wandler wichtig. In this way, an AC / DC converter can be used, which changes the voltage from its DC terminal pair to its AC terminal pair by less than a factor of 3, in particular by less than a factor of 2. This also allows the AC / DC converter to be operated very efficiently. This is particularly important for a bidirectionally operable AC / DC converter.
Insgesamt kann damit der Wechselrichter sehr effizient betrieben werden, sowohl beim Laden der Batterien als auch beim Entladen dieser und bei der Netzeinspeisung. Overall, this allows the inverter to be operated very efficiently, both when charging the batteries and when discharging them and when feeding in the grid.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die direkte Reihenschaltung von Stacks aber auch von Zellen zu vermeiden und jedem Stack, aber wenn gewünscht auch jeder Zelle (oder einigen wenigen Zellen) einen eigenen potentialgetrennten DC/DC-Wandler zuzuordnen, welche dann According to the invention, it is intended to avoid the direct series connection of stacks but also of cells and to assign each stack, but if desired also each cell (or a few cells) its own potential-separated DC / DC converter, which then
sekundärseitig in Reihe geschaltet sind. Der oben verwendete Begriff „Batterie" umfasst somit im Sinne der Erfindung eine einzelne Zelle, aber auch mehrere Zellen und auch einen Stack, bestehend aus mehreren Zellen bzw. Batterien. connected in series on the secondary side. The term used above "Battery" thus includes within the meaning of the invention, a single cell, but also several cells and also a stack consisting of several cells or batteries.
Es werden dann auch keine elektrischen Widerstandselemente in den hydraulischen Elektrolytleitungen benötigt, was den Aufbau eines There are then no electrical resistance elements in the hydraulic electrolyte conduits needed, which the construction of a
Flussbatteriesystems deutlich kostengünstiger macht. River battery system makes significantly cheaper.
Der Wechselrichter kann mindestens drei an ihren zweiten DC- Anschlusspaaren in Serie geschaltete DC/DC-Wandlereinheiten aufweisen. So können der AC/DC-Wandler und/oder die DC/DC-Wandlereinheiten noch effizienter betrieben werden. The inverter may have at least three DC / DC converter units connected in series at their second DC terminal pairs. Thus, the AC / DC converter and / or the DC / DC converter units can be operated even more efficiently.
Der Wechselrichter kann eine gemeinsame Steuerung für den AC/DC- Wandler und die DC/DC-Wandlereinheiten aufweisen. Der Wechselrichter kann eine Datenverbindung von der Steuerung zum AC/DC-Wandler und zu den DC/DC-Wandlereinheiten aufweisen. Die Steuerung kann ausgelegt sein, sowohl den AC/DC-Wandler als auch die DC/DC-Wandlereinheiten anzusteuern. So kann der Wechselrichter noch effizienter betrieben werden. The inverter may have common control for the AC / DC converter and the DC / DC converter units. The inverter may have a data connection from the controller to the AC / DC converter and to the DC / DC converter units. The controller may be configured to drive both the AC / DC converter and the DC / DC converter units. This allows the inverter to be operated even more efficiently.
Die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Ladezustandserkennung an jedem einzelnen Batterie-Anschlusspaar vorzunehmen. Dazu kann der Wechselrichter eine Spannungsmessvorrichtung an jedem einzelnen Batterie-Anschlusspaar aufweisen und die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Ladezustandserkennung an jedem einzelnen Batterie-Anschlusspaar aufgrund der durch die Spannungsmessvorrichtungen gemessenen The controller may be configured to perform a state of charge detection on each individual battery terminal pair. For this, the inverter may have a voltage measuring device on each individual battery terminal pair, and the controller may be configured to detect a state of charge detection on each individual battery terminal pair based on the voltage measured by the voltage measuring devices
Spannungen vorzunehmen. Durch diese Maßnahme lässt sich auf mögliche Fehler bei den Batterien oder Pumpen, die zum Umwälzen des Elektrolyts verwendet werden, schließen. Die Steuerung kann ausgelegt sein, bei Leistungsflussrichtung in eine DC/DC-Wandlereinheit von einem zweiten DC-Anschlusspaar zu einem ersten DC-Anschlusspaar eine Stromregelung mit vorgegebenem Make voltages. This measure makes it possible to infer possible errors in the batteries or pumps used to circulate the electrolyte. The controller can be designed, in the direction of power flow into a DC / DC converter unit from a second DC connection pair to a first DC connection pair, a current regulation with a predetermined
Ausgangsstrom am ersten DC-Anschlusspaar vorzunehmen. Somit kann sowohl das Laden der Batterien als auch die Einspeisung von Leistung in ein Netz genau geregelt werden. Output current at the first DC connection pair. Thus, both the charging of the batteries and the feeding of power into a network can be precisely controlled.
Der Wechselrichter kann einen Datenanschluss zur datentechnischen Verbindung der Steuerung mit weiteren Komponenten des The inverter can provide a data connection for the data connection of the controller with other components of the system
Flussbatteriesystems aufweisen, die außerhalb des Wechselrichters angeordnet sind, insbesondere zur Ansteuerung von Pumpen. Somit kann mit der Steuerung des Wechselrichters unter Umständen das gesamte Flussbatteriesystem gesteuert werden. Have flow battery system, which are arranged outside the inverter, in particular for controlling pumps. Thus, under some circumstances, the control of the inverter may control the entire flow battery system.
Der Wechselrichter kann eine Ausfallerkennung einzelner Komponenten, insbesondere der DC/DC-Wandlereinheiten oder Batterien, aufweisen. Die Ausfallerkennung kann dabei eine separate Einheit sein oder Bestandteil der Steuerung sein. The inverter may have a failure detection of individual components, in particular the DC / DC converter units or batteries. The failure detection can be a separate unit or be part of the controller.
Die Steuerung kann ausgelegt sein, bei Ausfallerkennung einer der DC/DC-Wandlereinheiten und/oder einer Batterie, das zur Batterie oder zur DC/DC-Wandlereinheit zugeordnete zweite DC-Anschlusspaar kurz zu schließen und/oder deren erstes DC-Anschlusspaar in Leerlauf zu schalten. Mit dieser Maßnahme kann eine DC/DC-Wandlereinheit einfach The controller may be configured to short-circuit one of the DC / DC converter units and / or a battery, the second DC terminal pair associated with the battery or the DC / DC converter unit in case of failure detection, and / or their first DC terminal pair in idle mode turn. With this measure, a DC / DC converter unit can be simple
abgeschaltet werden, ohne das übrige System zu sehr zu beeinflussen bzw. abschalten zu müssen. Fehlerzustände und gefährliche Zustände können dadurch vermieden werden. Die Anzahl der DC/DC-Wandlereinheiten und deren Regelbereich der Spannung am zweiten DC-Anschlusspaar kann ausgelegt sein, bei Ausfall einer DC/DC-Wandlereinheit oder einer Batterie die gleiche Spannung am HVDC-Anschluss bereitzustellen wie bei Betrieb mit allen in Serie geschalteten DC-Wandlereinheiten, wobei jede DC/DC-Wandlereinheit ausgelegt ist, bei Leistungsflussrichtung von einem ersten DC- Anschlusspaar zu einem zweiten DC-Anschlusspaar eine Gleichspannung in einen vorgegebenen Gleichstrom zu wandeln und bei umgekehrter Leistungsflussrichtung einen Gleichstrom in eine vorgegebene be switched off without affecting the rest of the system too much or have to turn off. Error states and dangerous states can be avoided. The number of DC / DC converter units and their control range of the voltage at the second DC connection pair may be designed to provide the same voltage at the HVDC connection in the event of failure of a DC / DC converter unit or a battery as when operating with all series-connected DC Converter units, each DC / DC converter unit being designed to convert a DC voltage into a predetermined DC current in the power flow direction from a first DC terminal pair to a second DC terminal pair and a DC current in a predefined DC voltage in the reverse power flow direction
Gleichspannung und/oder Gleichstrom. Durch diese Maßnahme kann der Ausfall einer DC/DC-Wandlereinheit kompensiert werden. DC voltage and / or DC. By this measure, the failure of a DC / DC converter unit can be compensated.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Flussbatteriesystem mit einem erfindungsgemäßen Wechselrichter, der zudem aufweist: The scope of the invention also includes a flux battery system having an inverter according to the invention, which further comprises:
- zumindest zwei Batterien, die elektrisch jeweils an die Batterie- Anschlusspaare des Wechselrichters angeschlossen sind, at least two batteries, which are electrically connected to each of the battery terminal pairs of the inverter,
- zwei Tanks gefüllt mit Elektrolyten, - two tanks filled with electrolytes,
- Verbindungsleitungen von den Tanks zu den Batterien zur Zuführung und Rückführung des Elektrolyts von den Tanks zu den Batterien, Connecting lines from the tanks to the batteries for supplying and returning the electrolyte from the tanks to the batteries,
- Je eine Zirkulationspumpe zur Umwälzung des Elektrolyts von den Tanks zu den Batterien und zurück. - One circulation pump each to circulate the electrolyte from the tanks to the batteries and back.
Vorteilhafterweise können die Batterien in ihren Anschlüssen zur Zu- und Rückführung des Elektrolyts hydraulisch parallel geschaltet sein. Dadurch dass der Wechselrichter potentialgetrennte DC/DC-Wandler aufweist, kann man die eine Anschlussseite dieser Wandler in Reihe schalten und so eine genügend hohe Spannung für den Wechselrichter erzeugen, ohne dass über den Batterien eine Spannung auftritt, so dass kein Shunt Current fließt, obwohl diese hydraulisch parallel geschaltet sind. Advantageously, the batteries may be hydraulically connected in parallel in their connections for supply and return of the electrolyte. By having floating DC / DC converters in the inverter, one can connect one terminal side of these inverters in series to produce a sufficiently high voltage for the inverter without causing a voltage across the batteries, so that no shunt current flows though these are connected in parallel hydraulically.
Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Laden und Entladen einer Flussbatterie, wobei ein Elektrolyt von zwei Tanks jeweils zu mehreren Batterien an jeweils zwei Anschlüsse geführt und von den Batterien von jeweils zwei weiteren Anschlüssen zu den Tanks zurückgeführt wird, und durch die Batterien jeweils ein Lade- bzw. Furthermore, within the scope of the invention, a method for charging and discharging a flow battery, wherein an electrolyte is led from two tanks each to a plurality of batteries to two terminals and returned by the batteries of two further terminals to the tanks, and by the batteries one loading or
Entladestrom fließt, der jeweils einem bidirektional betreibbaren DC/DC- Wandler zugeführt wird, wobei die DC/DC-Wandler an ihrer anderen Wandlerseite in Serie zusammengeschlossen sind, so dass im Discharge current flows, which is respectively supplied to a bidirectionally operable DC / DC converter, wherein the DC / DC converters are connected together at their other converter side in series, so that in
Entladebetrieb eine Spannung erzeugt wird, die ausreichend groß ist, um ein Einspeisen ins Stromnetz mit einem einstufigen Wechselrichter ohne zusätzlichen Transformator zu ermöglichen. Mit einem solchen Verfahren können die oben beschriebenen Vorteile erreicht werden. Discharge operation, a voltage is generated which is sufficiently large to allow feeding into the power grid with a single-stage inverter without additional transformer. With such a method, the advantages described above can be achieved.
Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Flussbatteriesystems, bei dem zumindest zwei Batterien elektrisch jeweils an Batterie-Anschlusspaare eines Wechselrichters angeschlossen werden, und hydraulisch, insbesondere parallel, an mindestens zwei mit Elektrolyten gefüllte Tanks angeschlossen werden, eine Umwälzung der Elektrolyten von den Tanks zu den Batterien zurück erfolgt und jeder Batterie ein DC/DC-Wandler zugeordnet wird, deren erste DC/DC- Anschlusspaare mit jeweils einer Batterie verbunden werden und deren zweite DC/DC-Anschlusspaare in einer Serienschaltung verbunden werden, wobei eine Potentialtrennung der ersten und zweiten DC/DC- Anschlusspaare erfolgt. Durch die Serienschaltung der DC/DC-Wandler kann eine hinreichend hohe DC-Spannung erzeugt werden, um ins Furthermore, within the scope of the invention, a method for operating a river battery system, in which at least two batteries are electrically connected to each battery terminal pairs of an inverter, and hydraulically, in particular parallel, are connected to at least two tanks filled with electrolyte, a circulation of the electrolyte from the tanks to the batteries back and each battery is associated with a DC / DC converter whose first DC / DC pairs of terminals are connected to a respective battery and the second DC / DC pairs of terminals are connected in series, wherein a potential separation the first and second DC / DC Connection pairs done. By the series connection of the DC / DC converter, a sufficiently high DC voltage can be generated in order to
Stromnetz einspeisen zu können. Durch die Potentialtrennung können trotzdem hydraulische Parallelschaltungen der Batterien verwendet werden. Probleme mit Shunt Currents können so vermieden werden, die auftreten, wenn Batterien elektrisch in Reihe geschaltet werden, während sie gleichzeitig hydraulisch parallel geschaltet sind. To be able to feed in the electricity grid. Due to the potential separation hydraulic parallel circuits of the batteries can still be used. Problems with shunt currents can thus be avoided, which occur when batteries are electrically connected in series while at the same time being connected in parallel hydraulically.
An jedem Batterie-Anschlusspaar kann eine Ladezustandserkennung durchgeführt werden. Somit kann der Ladezustand von jeder Batterie überwacht werden. Charge state detection can be performed on each battery connection pair. Thus, the state of charge of each battery can be monitored.
Bei einer Leistungsflussrichtung in einer DC/DC-Wandlereinheit von einem zweiten DC-Anschlusspaar zu einem ersten DC-Anschlusspaar kann eine Stromregelung auf einen vorgegebenen Ausgangsstrom am ersten DC-Anschlusspaar durchgeführt werden. In a power flow direction in a DC / DC converter unit from a second DC connection pair to a first DC connection pair, current regulation to a predetermined output current at the first DC connection pair can be performed.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass DC/DC-Wandlereinheiten und/oder die Batterien hinsichtlich eines Ausfalls überwacht werden. Furthermore, it can be provided that DC / DC converter units and / or the batteries are monitored for failure.
Somit kann auf einen Ausfall entsprechend reagiert werden. Thus it can be responded to a failure accordingly.
Bei Erkennung eines Ausfalls einer der DC/DC-Wandlereinheiten und/oder einer Batterie, kann das zur Batterie oder zur DC/DC- Wandlereinheit zugeordnete zweite Anschlusspaar kurzgeschlossen und/oder deren erstes DC-Anschlusspaar in Leerlauf geschaltet werden. Somit kann das System in einen sicheren Zustand überführt werden, ohne dass die Gefahr eines Brandes entsteht. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu sehen und derart dargestellt, dass die Upon detection of a failure of one of the DC / DC converter units and / or a battery, the second terminal pair associated with the battery or the DC / DC converter unit can be short-circuited and / or its first DC terminal pair can be switched to idle. Thus, the system can be transferred to a safe state without the risk of fire. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following descriptions of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows essential to the invention, as well as from the claims. The features shown there are not necessarily to scale and shown in such a way that the
erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Particular features of the invention can be made clearly visible. The various features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In the schematic drawing embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail in the following description.
Es zeigen : Show it :
Fig. 1 ein schematisches Bild eines Flussbatteriesystems mit einem Fig. 1 is a schematic diagram of a Flußbatteriesystems with a
Wechselrichter;  Inverters;
Fig. 2 ein schematisches Bild einer DC/DC-Wandlereinheit. Fig. 2 is a schematic diagram of a DC / DC converter unit.
In Fig. 1 ist ein Flussbatteriesystem 100 mit einem Wechselrichter 1, zwei Tanks 21, 22 und drei Stacks 8, 9, 10 gezeigt. Die Stacks sind als (Flow-)Batterien ausgebildet. Insbesondere können die Stacks mehrere Zellen bzw. (Flow-)Batterien aufweisen. Hier können auch nur zwei oder auch mehr als drei Stacks vorgesehen sein. Der erste Tank 21 ist über eine erste Zuführungsleitung 27 mit den Stacks 8, 9, 10 verbunden. In diese Zuführungsleitung 27 eingefügt ist eine erste Pumpe 23, die den Elektrolyt umwälzen kann. Der erste Tank 21 ist über eine erste In Fig. 1, a flow battery system 100 with an inverter 1, two tanks 21, 22 and three stacks 8, 9, 10 is shown. The stacks are designed as (flow) batteries. In particular, the stacks may have multiple cells or (flow) batteries. Here, only two or even more than three stacks can be provided. The first tank 21 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a first supply line 27. Inserted in this feed line 27 is a first pump 23 which can circulate the electrolyte. The first tank 21 is over a first one
Rückführungsleitung 25 mit den Stacks 8, 9, 10 verbunden. Der zweite Tank 22 ist über eine zweite Zuführungsleitung 28 mit den Stacks 8, 9, 10 verbunden. In diese Zuführungsleitung 28 eingefügt ist eine zweite Pumpe 24, die den Elektrolyt umwälzen kann. Der zweite Tank 22 ist über eine zweite Rückführungsleitung 26 mit den Stacks 8, 9, 10 verbunden. Return line 25 connected to the stacks 8, 9, 10. The second tank 22 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a second supply line 28. Inserted in this feed line 28 is a second pump 24 which can circulate the electrolyte. The second tank 22 is connected to the stacks 8, 9, 10 via a second return line 26.
Die Stacks 8, 9, 10 sind mit den Rück- und Zuführungsleitungen 25, 26, 27, 28 parallel verbunden. Würde der erste Stack 8 auf einem anderen elektrischen Potential liegen als z.B. der zweite Stack 9, so würde über die Parallelschaltung der Elektrolyt-Rück- und Zuführungsleitungen 25-28 ein Ausgleichsstrom, so genannter Shunt Current, fließen, der zu Verlusten führen würde. The stacks 8, 9, 10 are connected in parallel to the return and supply lines 25, 26, 27, 28. If the first stack 8 were at a different electrical potential than e.g. the second stack 9, a balancing current, so-called shunt current, would flow via the parallel connection of the electrolyte return and supply lines 25-28, which would lead to losses.
Der Wechselrichter 1 weist im Ausführungsbeispiel ebenso viele DC/DC- Wandlereinheiten 5, 6, 7 auf wie Stacks 8, 9, 10 vorgesehen sind. Zum Anschluss an den ersten Stack 8 weist der Wechselrichter 1 ein Batterie- Anschlusspaar 8a, 8b auf. Zum Anschluss an den zweiten Stack 9 weist der Wechselrichter 1 ein Batterie-Anschlusspaar 9a, 9b auf. Zum In the exemplary embodiment, the inverter 1 has the same number of DC / DC converter units 5, 6, 7 as stacks 8, 9, 10. For connection to the first stack 8, the inverter 1 has a battery connection pair 8a, 8b. For connection to the second stack 9, the inverter 1 has a battery connection pair 9a, 9b. To the
Anschluss an den dritten Stack 10 weist der Wechselrichter 1 ein Batterie- Anschlusspaar 10a, 10b auf. After connection to the third stack 10, the inverter 1 has a battery connection pair 10a, 10b.
Die DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 weisen jeweils ein erstes DC- Anschlusspaar 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b und ein zweites DC-Anschlusspaar 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b auf. Die DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 sind jeweils ausgelegt, Leistung bidirektional sowohl vom ersten DC- Anschlusspaar 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b zum zweiten DC Anschlusspaar 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b zu transportieren als auch in umgekehrter The DC / DC converter units 5, 6, 7 each have a first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b and a second DC terminal pair 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b. The DC / DC converter units 5, 6, 7 are each configured to supply power bidirectionally from both the first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b to the second DC terminal pair 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b transport as well as in reverse
Richtung. Jedes erste DC-Anschlusspaar 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b ist mit einem Batterie-Anschlusspaar 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b des Wechselrichters 1 verbunden. An den DC-Anschlusspaaren 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b bzw. den verbundenen Batterie-Anschlusspaaren 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b ist jeweils eine Spannungsmessvorrichtung 35, 36, 37 vorgesehen. Damit kann der Ladezustand der Stacks 8, 9, 10 überwacht werden. Gleichzeitig kann auch der Zustand der DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 überwacht werden. Direction. Each first DC terminal pair 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b is connected to a battery terminal pair 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b of the inverter 1. At the DC connection pairs 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b and the connected battery terminal pairs 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, respectively, a voltage measuring device 35, 36, 37 is provided. Thus, the state of charge of the stacks 8, 9, 10 can be monitored. At the same time, the state of the DC / DC converter units 5, 6, 7 can be monitored.
Die DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 sind so ausgestaltet, dass die ersten DC-Anschlusspaare 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b von den zweiten DC- Anschlusspaaren 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b galvanisch isoliert sind. Die DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 sind an ihren zweiten DC- Anschlusspaaren 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b in Serie geschaltet und die Serienschaltung ist an einen Hochspannungs-Gleichstromanschluss The DC / DC converter units 5, 6, 7 are configured such that the first DC terminal pairs 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b of the second DC terminal pairs 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b galvanic are isolated. The DC / DC converter units 5, 6, 7 are connected in series at their second DC terminal pairs 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b, and the series circuit is connected to a high voltage DC terminal
(HVDC-Anschluss) 4a, 4b angeschlossen. An diesen ist auch ein (HVDC connection) 4a, 4b connected. This is also one
Glättungskondensator 14 angeschlossen und die DC-Seite eines Smoothing capacitor 14 connected and the DC side of a
bidirektional betreibbaren AC/DC-Wandlers 2. bidirectionally operable AC / DC converter 2.
Der AC/DC-Wandler 2 ist an seiner AC-Seite an ein Stromnetz 3 angeschlossen. Das Stromnetz 3 kann ein- oder mehrphasig sein. The AC / DC converter 2 is connected to a power supply 3 at its AC side. The power grid 3 can be single-phase or multi-phase.
Sicherungen und Schütze sowie manuell zu betätigende Fuses and contactors as well as manually operated
Sicherheitsschalter können zwischen Stromnetz 3 und AC/DC-Wandler 2 vorgesehen sein. Filter zur Bedämpfung von Störungen sowohl aus dem Stromnetz 3 als auch aus dem Wechselrichter 1 können vorgesehen sein. Der Wechselrichter 1 weist eine Steuerung 11 auf. Der Wechselrichter 1 weist eine Datenverbindung 12 von der Steuerung 11 zum AC/DC- Wandler 2 und zu den DC/DC-Wandlereinheiten 5, 6, 7 auf. Der Safety switches can be provided between power grid 3 and AC / DC converter 2. Filters for damping disturbances both from the power grid 3 and from the inverter 1 can be provided. The inverter 1 has a controller 11. The inverter 1 has a data connection 12 from the controller 11 to the AC / DC converter 2 and to the DC / DC converter units 5, 6, 7. Of the
Wechselrichter 1 weist einen Datenanschluss 13 zur datentechnischen Verknüpfung der Steuerung 11 mit weiteren Komponenten des Inverter 1 has a data connection 13 for data linkage of the controller 11 with other components of the
Flussbatteriesystems 100 auf, die außerhalb des Wechselrichters 1 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Pumpen 23, 24 von der Steuerung 11 angesteuert. River battery system 100, the outside of the inverter 1 are arranged. In the present embodiment, the pumps 23, 24 are controlled by the controller 11.
Die Figur 2 zeigt eine detaillierte Darstellung eines DC/DC-Wandlers 5. An das Batterie-Anschlusspaar 8a, 8b ist eine erste Schaltbrücke 40 mit den Schaltelementen Sl - S4 angeschlossen. Diese Schaltbrücke 40 ist mit der Primärwicklung 41 eines Übertragers 42 verbunden. Die 2 shows a detailed representation of a DC / DC converter 5. At the battery terminal pair 8a, 8b, a first switching bridge 40 with the switching elements Sl - S4 is connected. This switching bridge 40 is connected to the primary winding 41 of a transformer 42. The
Primärwicklung 41 und die Sekundärwicklung 43 des Übertragers 42 sind galvanisch isoliert. Die Sekundärwicklung 43 ist an eine weitere Primary winding 41 and the secondary winding 43 of the transformer 42 are galvanically isolated. The secondary winding 43 is at another
Schaltbrücke 44 angeschlossen, die die schaltenden Elemente S5 - S8 aufweist. Der Ausgang der Schaltbrücke 44 ist an einen Hochsetzsteller 45 angeschlossen, der die Spannung an den DC-Anschlusspaaren 15a, 15b zur Verfügung stellt. Dadurch, dass der Übertrager 42 galvanisch isoliert ist, sind auch die Anschlusspaare 8a, 8b und 15a, 15b galvanisch isoliert. Switching bridge 44 is connected, which has the switching elements S5 - S8. The output of the switching bridge 44 is connected to a boost converter 45, which provides the voltage at the DC terminal pairs 15a, 15b. Because the transformer 42 is galvanically isolated, the terminal pairs 8a, 8b and 15a, 15b are also galvanically isolated.

Claims

Patentansprüche claims
1. Wechselrichter (1) für ein Flussbatteriesystem (100) aufweisend :1. Inverter (1) for a river battery system (100) comprising:
- einen bidirektional betreibbaren AC/DC-Wandler (2) mit einem Netz- Anschluss (3) und einem HVDC-Anschluss (4a, 4b), a bidirectionally operable AC / DC converter (2) with a mains connection (3) and an HVDC connection (4a, 4b),
- mehrere Batterie-Anschlusspaare (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) zum  - Multiple battery connection pairs (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) for
Anschluss an Batterien des Flussbatteriesystems (100),  Connection to batteries of the river battery system (100),
- zumindest zwei DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) mit jeweils einem ersten DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) und einem zweiten DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b), die jeweils ausgelegt sind, Leistung bidirektional sowohl vom ersten DC- Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) zum zweiten DC  at least two DC / DC converter units (5, 6, 7) each having a first DC connection pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) and a second DC connection pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b), each configured to bid bidirectionally from both the first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) to the second DC
Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) zu transportieren als auch in umgekehrter Richtung,  Terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) to transport as well as in the opposite direction,
- wobei jedes erste DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) mit einem Batterie-Anschlusspaar (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) verbunden ist,  each first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) being connected to a battery terminal pair (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b),
- wobei die ersten DC-Anschlusspaare (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) von den zweiten DC-Anschlusspaaren (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) galvanisch isoliert sind,  wherein the first DC connection pairs (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) are galvanically isolated from the second DC connection pairs (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b),
- wobei zumindest zwei DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) an ihren zweiten DC-Anschlusspaaren (15a, 15b, 16a, 16b) in einer  - Wherein at least two DC / DC converter units (5, 6, 7) at their second DC terminal pairs (15a, 15b, 16a, 16b) in a
Serienschaltung verbunden sind, indem ein Anschluss (15b) des zweiten DC-Anschlusspaars (15a, 15b) einer ersten DC/DC- Wandlereinheit (5) eine Verbindung mit einem Anschluss (16a) eines zweiten DC-Anschlusspaars (16a, 16b) einer weiteren DC/DC- Wandlereinheit (6) aufweist, und  Connected in series by connecting one terminal (15b) of the second DC terminal pair (15a, 15b) of a first DC / DC converter unit (5) to one terminal (16a) of a second DC terminal pair (16a, 16b) of another DC / DC converter unit (6), and
- wobei die Serienschaltung mit dem HVDC-Anschluss (4a, 4b)  the series connection with the HVDC connection (4a, 4b)
verbunden ist.  connected is.
2. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) eine gemeinsame Steuerung (11) für den AC/DC-Wandler (2) und die DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) aufweist. 2. inverter (1) according to claim 1, characterized in that the inverter (1) has a common control (11) for the AC / DC converter (2) and the DC / DC converter units (5, 6, 7).
3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) ausgelegt ist, eine Ladezustandserkennung an jedem einzelnen Batterie-Anschlusspaar (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) vorzunehmen. 3. Inverter according to claim 2, characterized in that the controller (11) is designed to carry out a state of charge detection at each individual battery connection pair (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b).
4. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) ausgelegt ist, bei Leistungsflussrichtung in einer DC/DC-Wandlereinheit (5, 6, 7) von einem zweiten DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) zu einem ersten DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) eine 4. Inverter according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the controller (11) is designed, in the power flow direction in a DC / DC converter unit (5, 6, 7) of a second DC terminal pair (15a, 15b , 16a, 16b, 17a, 17b) to a first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b)
Stromregelung mit vorgegebenem Ausgangsstrom am ersten DC- Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) vorzunehmen.  Current regulation with a predetermined output current at the first DC connection pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) make.
5. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) eine 5. Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter (1) has a
Spannungsmessvorrichtung (35, 36, 37) an jedem einzelnen  Voltage measuring device (35, 36, 37) on each one
Batterie-Anschlusspaar (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) aufweist.  Battery terminal pair (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b).
6. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) einen Datenanschluss (13) zur datentechnischen Verbindung der Steuerung (11) mit weiteren Komponenten des Flussbatteriesystems (100) aufweist, die außerhalb des Wechselrichters (1) angeordnet sind, insbesondere zur Ansteuerung von Pumpen (23, 24). 6. Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter (1) has a data connection (13) for data connection of the controller (11) with other components of the Flußbatteriesystems (100), which are arranged outside the inverter (1) , In particular for controlling pumps (23, 24).
7. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (1) eine Ausfallerkennung einzelner Komponenten, insbesondere der DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) oder Batterien, aufweist. 7. Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter (1) a failure detection individual components, in particular the DC / DC converter units (5, 6, 7) or batteries.
8. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (11) ausgelegt ist, bei 8. Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that the controller (11) is designed, at
Ausfallerkennung einer der DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) und/oder einer Batterie (8, 9, 10) das zur Batterie oder zur DC/DC- Wandlereinheit (5, 6, 7) zugeordnete zweite DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) kurz zu schließen und / oder deren erstes DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) in Leerlauf zu schalten.  Failure detection of one of the DC / DC converter units (5, 6, 7) and / or a battery (8, 9, 10) associated with the battery or the DC / DC converter unit (5, 6, 7) second DC terminal pair ( 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) short circuit and / or their first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) to switch to idle.
9. Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) und deren Regelbereich der Spannung am zweiten DC- Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) ausgelegt ist, bei Ausfall einer DC/DC-Wandlereinheit (5, 6, 7) oder einer Batterie die gleiche Spannung am HVDC-Anschluss (4a, 4b) bereitzustellen wie bei Betrieb mit allen in Serie geschalteten DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7), wobei jede DC/DC Wandlereinheit (5,6,7) ausgelegt ist, bei Leistungsflussrichtung von einem ersten DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) zu einem zweiten DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) eine Gleichspannung in einen vorgegebenen Gleichstrom zu wandeln und bei umgekehrter Leistungsflussrichtung einen Gleichstrom in eine vorgegebene Gleichspannung und/oder vorgegebenen Gleichstrom. 9. Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that the number of DC / DC converter units (5, 6, 7) and their control range of the voltage at the second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b ) is designed to provide the same voltage at the HVDC connection (4a, 4b) in the event of failure of a DC / DC converter unit (5, 6, 7) or a battery as when operating with all series-connected DC / DC converter units (5 , 6, 7), wherein each DC / DC converter unit (5, 6, 7) is designed, in the power flow direction, from a first DC connection pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) to a second DC connection pair ( 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) to convert a DC voltage into a predetermined DC current and in the reverse power flow direction a DC current in a predetermined DC voltage and / or predetermined DC.
10. Flussbatteriesystem (100) mit einem Wechselrichter (1) nach 10. Flow battery system (100) with an inverter (1) after
einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend :  one of the preceding claims, further comprising:
- zumindest zwei Batterien, die elektrisch jeweils an die Batterie- Anschlusspaare (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) des Wechselrichters (1) angeschlossen sind, - zwei Tanks (21, 22) gefüllt mit Elektrolyten, at least two batteries, which are electrically connected respectively to the battery terminal pairs (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) of the inverter (1), two tanks (21, 22) filled with electrolytes,
- Verbindungsleitungen (25 - 28) von den Tanks (21, 22) zu den Batterien zur Zuführung und Rückführung des Elektrolyts von den Tanks (21, 22) zu den Batterien,  Connecting lines (25-28) from the tanks (21, 22) to the batteries for supplying and returning the electrolyte from the tanks (21, 22) to the batteries,
- je eine Zirkulationspumpe (23, 24) zur Umwälzung des Elektrolyts von den Tanks (21, 22) zu den Batterien und zurück.  - A circulation pump (23, 24) for circulating the electrolyte from the tanks (21, 22) to the batteries and back.
11. Flussbatteriesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterien an ihren Anschlüssen zur Zu- und Rückführung des Elektrolyts hydraulisch parallel geschaltet sind. 11. Flow battery system according to claim 10, characterized in that the batteries are hydraulically connected in parallel at their terminals for supply and return of the electrolyte.
12. Verfahren zum Laden und Entladen einer Flussbatterie, wobei ein Elektrolyt von zwei Tanks (21, 22) jeweils zu mehreren Batterien an jeweils zwei Anschlüsse geführt und von den Batterien von jeweils zwei weiteren Anschlüssen zu den Tanks (21, 22) zurückgeführt wird, und durch die Batterien jeweils ein Lade- bzw. Entladestrom fließt, der jeweils einem bidirektional betreibbaren DC/DC-Wandler (5 - 7) zugeführt wird, wobei die DC/DC-Wandler (5 - 7) an ihrer anderen Wandlerseite in Serie zusammengeschlossen sind, so dass im Entladebetrieb eine Spannung erzeugt wird, die ausreichend groß ist, um ein Einspeisen ins Stromnetz (3) mit einem einstufigen Wechselrichter (1) ohne zusätzlichen Transformator zu ermöglichen. 12. A method for charging and discharging a flow battery, wherein an electrolyte from two tanks (21, 22) is led in each case to a plurality of batteries at two terminals and from the batteries of two other terminals to the tanks (21, 22) is returned and a respective charging or discharging current flows through the batteries, which is in each case supplied to a bidirectionally operable DC / DC converter (5-7), wherein the DC / DC converters (5-7) are connected in series on their other converter side are such that in the discharge operation, a voltage is generated which is sufficiently large to allow feeding into the power grid (3) with a single-stage inverter (1) without additional transformer.
13. Verfahren zum Betrieb eines Flussbatteriesystems (100), bei dem zumindest zwei Batterien elektrisch jeweils an Batterie- Anschlusspaare (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) eines Wechselrichters (1) angeschlossen werden, und hydraulisch, insbesondere parallel, an mindestens zwei mit Elektrolyten gefüllte Tanks (21, 22) 13. A method for operating a Flußbatteriesystems (100), wherein at least two batteries are electrically connected respectively to battery terminal pairs (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) of an inverter (1), and hydraulically, in particular parallel to at least two tanks filled with electrolytes (21, 22)
angeschlossen werden, eine Umwälzung der Elektrolyten von den Tanks (21, 22) zu den Batterien und zurück erfolgt und jeder  A circulation of the electrolytes from the tanks (21, 22) to the batteries and back takes place and everyone
Batterie ein DC/DC-Wandler (5 - 7) zugeordnet wird, deren erste DC/DC-Anschlusspaare (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) mit jeweils einer Batterie verbunden werden und deren zweite DC/DC-Anschlusspaare (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) in einer Serienschaltung verbunden werden, wobei eine Potentialtrennung der ersten und zweiten Battery is assigned to a DC / DC converter (5-7), the first DC / DC terminal pairs (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) are each connected to a battery and the second DC / DC terminal pairs (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) are connected in a series circuit , wherein a potential separation of the first and second
DC/DC-Anschlusspaare (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) erfolgt.  DC / DC connection pairs (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) takes place.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Batterie-Anschlusspaar (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) eine 14. The method according to claim 13, characterized in that at each battery terminal pair (8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b) a
Ladezustandserkennung durchgeführt wird.  Charge state detection is performed.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Leistungsflussrichtung in einer DC/DC-Wandlereinheit (5, 6, 7) von einem zweiten DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) zu einem ersten DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) eine Stromregelung auf einen vorgegebenem Ausgangsstrom am ersten DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) durchgeführt wird. 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that at power flow direction in a DC / DC converter unit (5, 6, 7) of a second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) to a current control to a predetermined output current at the first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) is performed first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b).
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) und/oder die Batterien hinsichtlich eines Ausfalls überwacht werden. 16. The method according to any one of the preceding claims 13 to 15, characterized in that the DC / DC converter units (5, 6, 7) and / or the batteries are monitored for a failure.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Ausfalls einer der DC/DC-Wandlereinheiten (5, 6, 7) und/oder einer Batterie das zur Batterie oder zur DC/DC- Wandlereinheit (5, 6, 7) zugeordnete zweite DC-Anschlusspaar (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) kurzgeschlossen und / oder deren erstes DC-Anschlusspaar (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) in Leerlauf geschlossen wird. 17. The method according to claim 16, characterized in that upon detection of a failure of one of the DC / DC converter units (5, 6, 7) and / or a battery to the battery or DC / DC converter unit (5, 6, 7 ) associated second DC terminal pair (15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b) short-circuited and / or their first DC terminal pair (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) is closed in idle.
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